Сегодня уже никого не удивляет, что ситуации, описываемые фантастами, со временем находят подтверждение в реальной жизни. Вот хотя бы такой пример. Лет двадцать назад известный американский писатель Артур Кларк в своей знаменитой трилогии “Космическая одиссея” наделил спутник Юпитера Европу океаном, который населил жизнью. И что же? Американский космический зонд “Галилей” открыл на Европе океан.
Что же касается придуманных фантастами технических устройств, то ученые уже давно просто заимствуют эти идеи и конструируют соответствующие машины. И здесь за примерами далеко ходить не надо. Алексей Толстой в свое время “изобрел” гиперболоид инженера Гарина, а сегодня лазером пользуются даже в быту. Жюль Верн еще в прошлом веке придумал “Наутилус” капитана Немо — и вот уже сколько лет глубины океанов бороздят целые эскадры подводных кораблей.
Кстати, еще одной идеей Жюля Верна (роман “Из пушки на Луну”) всерьез занимаются сейчас французские ученые. В журнале “Сьянс э ви” появилась публикация, в которой рассматриваются перспективы создания “космической артиллерии”. Не той, которая будет сбивать космические корабли противника входе “звездных войн”, а той, которая станет выводить на орбиту космические аппараты.
Конечно, ракета позволила человеку выйти в космос. Но нельзя не признать, что средство это крайне неэкономичное. Коэффициент полезного действия ракеты, задающей спутнику первую космическую скорость (8 км/сек), составляет 3 процента. Когда же создаются вторая или третья космические скорости (соответственно 11 км/сек и 16 км/сек), то речь идет уже о долях процента. Для сравнения: КПД автомобиля достигает 6 процентов. Пушка же — даже самая обычная — имеет КПД порядка 50 процентов, Конечно, классическая пороховая пушка не может обеспечить космическую скорость. Следовательно, необходимо создавать орудия особой конструкции. Благо материалы для создания сверхпрочного ствола и вещества, по своей взрывной силе во много раз превосходящего порох, имеются.
Программа-минимум артиллерийской космонавтики — это забрасывание на орбиту баков с топливом, питьевой водой, электронной аппаратуры (а современная электроника прекрасно выдерживает выстрел в снаряде), наконец, просто непилотируемых спутников.
А как быть с людьми? Ими тоже можно стрелять? Во всяком случае, в цирке людьми из пушки стреляют. Делается это и не на представлениях. Еще со времен Великой Отечественной Войны реактивные истребители оснащаются катапультирующимися креслами пилота, снабженными 3-4 пороховыми зарядами. В аварийной ситуации открывается колпак самолета, и летчик ‘‘выстреливается’’ подальше от него, чтобы при раскрытии парашюта он ни за что не зацепился.Но нельзя забывать, что цирковые пушки — пружинные, и они способны выбросить человека на 10-15 метров. Ускорение при этом создается относительно небольшое — перегрузка составляет около 5 g (то есть вес гимнаста в момент выстрела увеличивается всего в 5 раз). На самолетной катапульте перегрузки достигают 25 д. И в обоих случаях они бывают кратковременными — доли секунды.
Другое дело — космическая пушка. Для развития второй космической скорости ее длина должна составлять 240 км, На первый взгляд длина немыслимая. Но сравнимые с пушкой сооружения такой величины и даже больше известны каждому. Например, нефтепроводы достигают длины в десятки тысяч километров. Только лежат они горизонтально. Крутых гор требуемой высоты нет. Зато на Земле много мест, где равнина постепенно повышается на протяжении сотен километров — вот вам и решение проблемы самой пушки.
С человеком сложнее. В такой “катапульте” он должен будет выдерживать чудовищные перегрузки в течение минуты и больше. А об этом сегодня не мечтают даже самые смелые фантасты. Правда, сам Жюль Верн отправлял своих космонавтов на Луну из пушки. Но он либо не слишком разбирался в человеческой анатомии, либо сознательно отвлекся от нее ради сохранения художественного замысла.
Сегодня запросто можно выстрелить в космос из пушки медузой — и с нею ничего не случится, если внутри космического снаряда поместить бак с морской водой. Тогда возрастающее давление равномерно разместится по воде и по однородному телу медузы, которая даже толком не почувствует перегрузок.
У человека все по-другому. Ведь у него кости и суставы, которые в ходе ускорения могут сильно пострадать. Но даже если он хорошо на тренирован и кости все же выдержат, то что делать с легкими, заполненными воздухом? В них наверняка полопаются кровеносные сосуды, может сдвинуться сердце — а это уже смерть.
Правда, сегодня есть один способ вывода с помощью пушки на орбиту живого и вполне здорового космонавта. Однако перед выстрелом он должен подвергнуться весьма неприятной процедуре. Еще в 80-е годы в Советском Союзе была создана искусственная кровь, Это жидкость голубого цвета, по своим свойствам ничем натуральной крови не уступающая. Так вот, легкие и желудочно-кишечный тракт космонавта надо заполнить такой кровью. Он, кстати, не задохнется, если сильно насытить ее кислородом. А затем человека следует поместить в бак, заполненный этим же раствором, и тут же стрелять. Через минуту-другую он уже будет на орбите. Способ быстро очистить легкие от ненужной уже жидкости — не проблема. Этим способом наука сегодня тоже располагает.
Предмет запрета: выведение на орбиту вокруг Земли любых объектов с ядерным оружием или любыми другими видами оружия массового уничтожения, установка такого оружия на небесных телах и размещение его в космическом пространстве каким-либо иным образом.
Основной запрещающий документ: Договор о принципах деятельности государств по исследованию и использованию космического пространства, включая Луну и другие небесные тела (Генеральная Ассамблея ООН)
Ратифицировало государств (на январь 2012 года): 101
На околоземной орбите летает много военных космических аппаратов — американские GPS (NAVSTAR) и российские ГЛОНАСС, а также многочисленные спутники наблюдения, разведки и связи. Но оружия на орбите пока нет, хотя попытки вывести его в космос предпринимались неоднократно. Результатом стало понимание того факта, что обычным оружием в космосе воевать можно разве что с гипотетическими инопланетными захватчиками. А размещение ядерного оружия, как и любого другого оружия массового уничтожения, было запрещено резолюцией Генеральной Ассамблеи ООН. Тем не менее, несмотря на такой запрет, проекты по размещению и обычного, и ядерного оружия на околоземной орбите разрабатывались.
В начале 1960-х годов военные уже присматривались к космическому пространству, но совершенно не представляли, как будут выглядеть военные действия в космосе. По аналогии с воздушной войной представлялось нечто вроде космических крепостей с атомными бомбами, пушками и пулеметами.
Орбитальная артиллерия
В начале 1960-х никто не знал, как будет выглядеть война в космосе. Военные представляли себе «космические крепости», вооруженные бомбами (в том числе атомными), ракетами, пушками и пулеметами, окруженные роем истребителей и сходящиеся в битве на орбите (напомним, что Джордж Лукас снял свои «Звездные войны» только в 1977 году). Поэтому и в СССР, и в США вполне серьезно проектировалось космическое оружие — от управляемых ракет «космос-космос» до космической артиллерии. В СССР разрабатывались боевые корабли — разведчик «Союз Р» и вооруженный ракетами перехватчик «Союз П» (1962−1965), «Звезда» 7К-ВИ, оснащенная пулеметом (1965−1967), и даже орбитальная пилотируемая станция (ОПС) «Алмаз» с установленной на ней пушкой. Правда, ракеты «космос-космос» и космический пулемет так и не «нюхнули космоса», а вот пушке повезло больше.
Установленная на «Алмазе» авиационная скорострельная пушка конструкции Нудельмана — Рихтера НР-23 (модификация хвостового орудия реактивного бомбардировщика Ту-22) предназначалась для защиты от спутников-инспекторов и перехватчиков противника на расстоянии более 3000 м. Орудие выплевывало 950 снарядов массой 200 г каждый со скоростью 690 м/с и создавало отдачу в 218,5 кгс, которую компенсировали два маршевых двигателя тягой по 400 кгс или двигатели жесткой стабилизации тягой по 40 кгс.
Взрыв на орбите
Что будет, если взорвать в верхних слоях атмосферы (30−100 км и выше) ядерный боеприпас? Взрывной волны там нет, и основным поражающим фактором в таком случае будет являться гамма-излучение и электромагнитный импульс (ЭМИ). Мощный поток гамма-квантов вызовет ионизацию нижележащих атмосферных газов, образуя массу быстрых электронов и относительно медленных ионов. Электроны взаимодействуют с магнитным полем Земли, образуя на короткое время мощнейшие токи. Между ионизированным слоем и поверхностью Земли на несколько минут возникнет гигантская разность потенциалов (напряженность поля порядка десятков кВ/м). Все это приведет к образованию мощного электромагнитного импульса (ЭМИ), который наведет в любых проводниках в радиусе действия высокое напряжение и выведет из строя практически любую не защищенную специальным образом электронную технику, линии электросвязи, электропередач и трансформаторные подстанции, а также на длительное время (многие часы) нарушит радиосвязь. Радиус поражения ЭМИ-оружия огромен — при ядерном взрыве на высоте 500 км он, согласно оценкам, составляет более 2000 км! Недостаток ЭМИ-оружия — его «неразборчивость»: оно одинаково эффективно поражает как свою, так и чужую электронику.
В апреле 1973 года «Алмаз-1», он же «Салют-2», был запущен в космос, а в следующем году состоялся первый полет «Алмаз-2» («Салют-3») с экипажем. Хотя никаких орбитальных перехватчиков противника на орбите не было, эта станция все-таки дала первый (и последний) космический пушечный залп. Когда срок службы станции истек, 24 января 1975 года перед сводом с орбиты из пушки против вектора орбитальной скорости выпустили очередь снарядов (сгоревших в атмосфере), чтобы выяснить, как стрельба влияет на динамику ОПС. Испытания прошли успешно, но на этом век артиллерии на орбите закончился.
Орбитальный меч
В конце 1970-х в США поставили амбициозную задачу создать надежную систему ПРО, которая могла бы перехватывать высокоскоростные боеголовки баллистических ракет. В качестве идеального средства рассматривались лазеры, позволяющие перехватывать цель со скоростью света и размещенные на орбите. Чтобы кардинально уменьшить расходимость пучка и увеличить мощность, в рамках проекта «Эскалибур» в США попытались создать орбитальный рентгеновский лазер. В качестве рабочего тела он использовал полностью ионизированную плазму, в которую превращались тонкие (0,1−0,5 мм) длинные (10 м) медные или цинковые стержни при взрыве 30-кт ядерного заряда.
За 50 лет развития военно-космическая доктрина претерпела значительные изменения. Орбитальные боевые крепости остались уделом фантастики, а вот противоспутниковые ракеты стали реальностью. Ракеты SM-3 (на фото) системы Aegis, установленной на ракетных крейсерах классов Arleigh Burke и Ticonderoga, позволяют сбивать спутники на низкой околоземной орбите.
Плазма начинала расширяться со скоростью порядка 50 км/с, но для накачки и излучения короткого (менее 1 нс) лазерного импульса требовалось примерно 30 нс, так что диаметр плазмы едва успевал превысить 1−2 мм. Каждый заряд испарял и ионизировал около сотни стержней, которые должны были иметь индивидуальное наведение, обеспечивая передачу 1-нс импульса с энергией 5−6 кДж на расстояние до 100 км. Такие заряды либо размещались на орбите заранее, либо при обнаружении запусков советских ракет стартовали с субмарин.
На бумаге выходило красиво, а вот в реальности… 26 марта 1983 года в подземной шахте на полигоне в штате Невада в рамках программы Cabra был произведен первый и единственный взрыв рентгеновского лазера с ядерной накачкой мощностью в 30 кт. Все стержни были ориентированы на одну цель, энергия импульса составила 130 кДж, но высокую расходимость победить не удалось — размер пятна на расстоянии в 100 км по расчетам составлял почти десяток метров.
«Космические» снаряды Джеральда Бюлля
Как известно, все новое - это хорошо забытое старое. На примере материала предыдущей главы мы убедились, что развитие техники во многом основывается на этом общеизвестном соображении.
Раз за разом конструкторская мысль на очередном этапе возвращается к старым «забытым» схемам, чтобы возродить их в новом качестве под новые задачи. Электроракетные двигатели и использование атомной энергии, солнечные паруса и антигравитация - все это было придумано еще в первой четверти XX века, но обретает воплощение лишь сегодня.
Не осталась забытой и идея космической пушки, предложенная, как мы помним, еще Исааком Ньютоном, получившая развитие в романах Жюля Верна, Фора и Граффиньи и нашедшая воплощение в программе создания сверхдальнобойного орудия «Фау-3».
Однако при всей кажущейся бесперспективности этих проектов с наступлением космической эры и появлением потребности в дешевых всепогодных средствах доставки различных аппаратов на околоземную орбиту вновь заговорили о пушках. Разумеется, речь уже не шла о пилотируемом полете, но небольшие спутники таким способом в космос запустить возможно, и идея получила второе (или третье?) рождение.
Этим она прежде всего обязана талантливому канадскому конструктору - доктору Джеральду Бюллю.
Джеральд Бюль родился в 1928 году в канадской провинции Онтарио. Его карьера началась с ошеломляющих успехов - в 22 года Бюлль стал самым молодым доктором, когда-либо защищавшим диссертацию в Торонтском университете.
С 1961 года он преподавал в Макгильском университете, а в 1964 году возглавил канадский Институт космических исследований. Именно на должности директора этого института Бюлль получил возможность реализовать идею пушки, способной забрасывать снаряды на суборбитальную и орбитальную высоту.
В 1961 году Департамент исследований в области вооружений выделил доктору Бюллю 10 миллионов долларов в рамках совместной научной программы, инициированной министерствами обороны США и Канады и получившей название «Высотная исследовательская программа» («High Altitude Research Program», «HARP»).
На начальном этапе работ по программе доктор Бюлль брался доказать, что сверхдальнобойные пушки можно использовать для запуска научных и военных грузов на суборбитальные высоты. Стартовая площадка была возведена на острове Барбадос, а запуски осуществлялись в сторону Атлантики. В качестве «космической» пушки использовалось 16-дюймовое (406-миллиметровое) орудие ВМФ США весом в 125 тонн. Стандартный ствол длиной 20 метров был заменен на новый - 36-метровый. В период с 1963 по 1967 год доктор Бюлль осуществил более двухсот экспериментальных запусков с помощью этого орудия.
Первый снаряд «Martlet 1» длиной 1,78 метра и весом 205 килограммов Джеральд Бюлль представил заказчику в июне 1962 года. Снаряд был изготовлен из толстой листовой стали, внутри корпуса размещалось оборудование для радиотелеметрического контроля за ходом полета. Кроме того, на снаряде смонтировали специальное приспособление для выпуска цветного дыма, по которому можно было вести наблюдение за траекторией снаряда и произвести, оценку влияния высотных воздушных потоков на летательный аппарат.
«Martlet 1» был запущен 21 января 1963 года. Полет продолжался 145 секунд, и в ходе него снаряд достиг высоты в 26 километров и упал в 11 километрах от места старта.
Второй запуск оказался столь же успешен, и исследовательская группа проекта «HARP» приступила к разработке новой серии снарядов «Martlet 2», которые уже можно было использовать в качестве суборбитальных летательных аппаратов.
В рамках серии «Martlet 2» были сконструированы снаряды трех основных модификаций: 2А, 2В и 2С. Внешне они почти не отличаются друг от друга, но изготовлены из разных материалов. Типичный снаряд «Martlet 2» имеет стрелообразную форму с диаметром корпуса в 13 сантиметров и длиной 1,68 метра. В нижней части корпуса приварены четыре скошенных стабилизатора. Полезная нагрузка снаряда составляет 84 килограмма, общий вес вместе с выстрелом - приблизительно 190 килограммов.
Перед суборбитальными летательными аппаратами «Martlet 2» ставилась задача подробного изучения физического состояния верхних слоев атмосферы. Эта информация имела для министерств обороны США и Канады жизненно важное значение, поскольку, как мы помним, в то же самое время велись работы по созданию стратосферных гиперзвуковых самолетов и новых ракетных систем, а данных о свойствах воздушной среды на больших высотах не хватало. Полезный груз «Martlet 2» включал магнитометры, температурные датчики, электронные измерители плотности и даже метеолабораторию «Langmuir». Для того чтобы аппаратура после старта могла функционировать нормально, весь измерительный блок заливался эпоксидной смолой, которая предохраняла компоненты системы от смещения и повреждений при ускорении в 15 000 g.
Согласно первоначальным расчетам, скорость для снарядов серии «Martlet 2» не должна была превышать 1400 м/с, а максимально достижимая высота - 125 километров. Однако благодаря целому ряду усовершенствований (удлинение ствола пушки, использование новых видов пороха и способов его поджигания) удалось выйти на гораздо большие высоты.
Скорость снаряда подняли до 2100 м/с, и 19 ноября 1966 года «Martlet 2C» достиг рекордной высоты - 180 километров при полетном времени 400 секунд.
Кроме того, за цикл испытаний доктору Бюллю удалось снизить стоимость запуска полезного груза на суборбитальную высоту до 3000 долларов за килограмм.
Перспективы «Высотной исследовательской программы» («HARP»)
30 июня 1967 года, в результате резкого «похолодания» в отношениях между США и Канадой, вызванного войной во Вьетнаме, канадский Департамент исследований в области вооружений официально объявил о закрытии «Высотной исследовательской программы».
Проект был свернут в тот самый момент, когда группа под руководством доктора Бюлля работала над созданием самого миниатюрного космического аппарата в истории человечества - реактивного снаряда «Martlet 2G-1» с твердотопливной ступенью. Вес полезной нагрузки, выводимой этим снарядом на орбиту, не превышал 2 килограммов - оптимум для «нано-спутников», разрабатываемых сегодня в НАСА. Сам снаряд при этом был 4,3 метра в длину и 30 сантиметров в диаметре. Общий вес снаряда с выстрелом составлял 500 килограммов.
Среди других, весьма перспективных, направлений программы «HARP» можно назвать работы над сериями реактивных снарядов «Martlet 3» и «Martlet 4». Эти снаряды, имеющие твердотопливных ступени, фактически уже являлись компактными ракетами, начальную часть траектории которых задавала пушка. Наибольший интерес для нас представляет серия «Martlet 4». Поговорим о ней подробнее.
Первоначально программа «HARP» не предусматривала создание орбитальных средств доставки, ориентируясь лишь на задачу изучения верхних слоев атмосферы. Только в 1964 году, когда дополнительное соглашение между канадским Департаментом исследований и правительством США обеспечило гарантированное финансирование программы еще на три года, в группе доктора Бюлля всерьез заговорили об орбитальных запусках. Однако руководство Департамента прохладно отнеслось к этой затее, и до самого закрытия программы энтузиастам орбитальных запусков не удалось «протолкнуть» серию «Martlet 4».
Согласно оставшемуся на бумаге проекту реактивные многоступенчатые снаряды «Martlet 4» можно было использовать для вывода на околоземную орбиту полезных грузов весом от 12 до 24 килограммов. В первой версии проекта снаряды имели две (или три) твердотопливные ступени, в более поздних - ступени с жидким топливом.
Первая ступень типовой модификации снаряда «Martlet 4», содержащая 735 килограммов твердого топлива, имела шесть стабилизаторов. При прохождении через ствол пушки стабилизаторы должны были находиться в сложенном положении, а при выходе - выпрямиться, придавая снаряду движение вращения вокруг продольной оси со скоростью 4,5–5,5 оборотов в секунду - таким образом обеспечивалась гироскопическая устойчивость снаряда на протяжении начального участка полета, заданного выстрелом пушки. Поскольку движение снаряда на этом участке подчинялось законам элементарной баллистики (то есть зависело только от мощности заряда, угла наклона орудия и аэродинамики снаряда), отпадала необходимость в сложной системе управления и контроля. Первая ступень должна была запуститься на высоте 27 километров и выгореть в течении 30 секунд, давая тягу в 6900 килограммов.
Вторая и третья ступени «Martlet 4» также были твердотопливными (181,5 и 72,6 килограмма топлива соответственно) и обеспечивали полет снаряда в стратосфере и мезосфере, выводя полезный груз на высоту до 425 километров.
Между второй и третьей ступенями конструкторы разместили блок управления и ориентации. Он должен был включиться сразу после отделения первой ступени, поддерживая заданные программой углы крена и тангажа. Заметим, что в 60-е годы еще не существовало интегральных схем, а традиционные механические гироскопы не могли быть применены в блоке управления и ориентации, поскольку не выдержали бы чудовищных перегрузок. Для решения этой проблемы к разработке были привлечены специалисты из Университета Макгила и Лаборатории баллистики армии США. В результате была спроектирована совершенно новая система ориентации. Она состояла из аналогового модуля, получающего информацию от нескольких датчиков, закрепленных на корпусе снаряда, и сравнивающего поступающие данные с эталоном. Скорость вращения вокруг продольной оси определялась с помощью акселерометра, угол тангажа - двумя инфракрасными датчиками. Дополнительная информация поступала также от двух светочувствительных элементов, ориентированных по солнцу.
Отдельные компоненты системы управления и ориентации прошли «обкатку» на устойчивость к перегрузкам на испытательном полигоне в Квебеке для их запуска использовалась малая 155-миллиметровая пушка, способная придать контейнеру с элементами системы ускорение более 10 000 g.
Важнейшим преимуществом реактивных снарядов «Martlet 4» перед ракетными транспортными средствами был малый период предполетной подготовки. Конструкторы полагали, что такая подготовка займет всего лишь несколько часов против нескольких недель или даже месяцев для многоступенчатой ракеты-носителя. При необходимости можно было запускать от четырех до шести снарядов «Martlet 4» в день, невзирая на погодные условия.
Малые суборбитальные пушки
Работы Джеральда Бюлля в Канаде привлекли внимание ученых военно-промышленного комплекса США. Как мы уже неоднократно отмечали ранее, американским конструкторам, работавшим над созданием перспективных летательных аппаратов, не хватало данных о физических свойствах и химическом составе верхних слоев атмосферы. Часть вопросов была снята в рамках совместных работ по программе «HARP». Однако для решения частных задач американцы использовали малые пушки, позволявшие выводить небольшие зонды на высоты до 70 километров.
В начале марта 1960 года генерал-лейтенант Артур Традье, руководитель исследовательских программ армии США, поручил подчиненной ему Лаборатории баллистики оценить возможность использования артиллерии для запуска метеорологических зондов. К июлю ученые Лаборатории на опыте доказали, что соответствующим образом сконструированный зонд выдержит воздействие перегрузок, возникающих при выстреле, и работа закипела.
В качестве исходного орудия для суборбитальных запусков использовалась армейская пушка калибром 120 миллиметров и длиной ствола 8,9 метра. Пушки этого класса были очень удобны в применении и обладали необходимой мобильностью - их можно было доставлять к огневой позиции на железнодорожной платформе или в кузове специального грузовика.
Стартовые комплексы на основе 120-миллиметровых пушек были построены на испытательных полигонах острова Барбадос, Квебека, в штатах Аляска, Вирджиния, Нью-Мексико, Аризона С их помощью на суборбитальные высоты запускались небольшие зонды различного назначения (серия суборбитальных снарядов «BRL»): дипольный отражатель, траектория которого отслеживалась радаром, дрейфующий метеозонд с парашютом, возвращаемые контейнеры и тому подобное. Стоимость одного запуска колебалась в пределах от 300 до 500 долларов США.
Эксплуатация малых «суборбитальных» пушек продемонстрировала высокую эффективность такого рода запусков при изучении атмосферы, и вскоре на смену 120-миллиметровым пушкам пришли новые - с калибром 175 миллиметров и длиной ствола 16,8 метра. Эти пушки позволяли запускать в три раза более тяжелые грузы на высоту свыше 100 километров.
Соответственно, расширился и список используемых зондов. Помимо традиционного набора дипольных отражателей новые снаряды несли в себе капсулы с нитратом цезия для создания искусственных облаков и метеолаборатории «Langmuir» с телеметрическим управлением.
Стартовый комплекс на основе 175-миллиметровой пушки оказался, впрочем, менее надежной системой, чем его предшественники. Снаряды часто не достигали расчетной высоты, и тогда группа доктора Бюлля, используя накопленный опыт, предложила проект твердотопливного снаряда «Martlet 3E», который мог служить разгонной ступенью для грузов, запускаемых с помощью 175-миллиметровой пушки.
При этом расчетный потолок поднимался до 250 километров.
Снаряды «Martlet 3E» могли заменить собой всю серию «Martlet 3», освободив главное 406-миллиметровое орудие для орбитальных запусков. Но, к сожалению, и этому проекту было суждено остаться на бумаге.
Проект «Вавилон»
Несмотря на закрытие программы «HARP», доктор Джеральд Бюлль не утратил интереса к теме «космических» пушек. Более того, в 1968 году он получил премию Маккарди - самую престижную канадскую награду за исследования, связанные с космосом. В поисках новых инвесторов Бюлль основал собственную «Корпорацию по исследованию космоса». Используя свои связи в Пентагоне, он заключил сделку с Израилем. В 1973 году бюллевская «Корпорация» поставила туда около 50 тысяч артиллерийских снарядов. Тогда же конструктор познакомился с будущим командующим израильской артиллерии генералом Абрахамсом Давидом. Бюлль с восторгом говорил, что генерал - «единственный человек, который аккумулирует все возможности, чтобы построить суперпушку». Наверное, именно потому, что генерал Давид был «единственным» заинтересованным лицом, реализовать свой проект в Израиле Бюллю не удалось.
В середине 70-х доктор Бюлль вступил в контакт с южноафриканским правительством. Его фирма, при негласном попустительстве ЦРУ, поставила Претории 55 тысяч снарядов вместе с документацией по их изготовлению. ЮАР, изолированная ООН от рынков оружия, щедро платила за смертоносный товар. Дела шли неплохо, и конструктор решил расширить свой бизнес. С его помощью в ЮАР стали создаваться самые современные 155-миллиметровые орудия. Но вскоре подробности этой сделки стали достоянием гласности, и в 1980 году Бюлль попал за решетку по обвинению в незаконной продаже военных технологий в страны «третьего мира». «Корпорация по исследованию космоса» была ликвидирована.
После освобождения доктор Бюлль перебрался в Бельгию, где продолжил свою деятельность в качестве эксперта по артиллерии. В марте 1988 года он заключил контракт с правительством Ирака на строительство трех сверхдальнобойных пушек: одного 350-миллиметрового орудия-прототипа (проект «Малый Вавилон») и двух полноразмерных 1000-миллиметровых орудий (проект «Вавилон»).
Если верить расчетам доктора Бюлля, то главные орудия при весе выстрела в 9 тонн могли отправить 600-килограммовый груз на расстояние свыше 1000 километров, а реактивный снаряд весом в 2 тонны с полезной нагрузкой в 200 килограммов - на околоземную орбиту. При этом стоимость вывода на орбиту килограмма полезного груза не должна была превысить 600 долларов.
Проекту присвоили обозначение РС-2, и в официальных бумагах он проходил как проект новейшего нефтехимического комплекса. Сооружением стартовой площадки занималась британская строительная корпорация под руководством Кристофера Коулея.
Длина орудия проекта «Вавилон» достигала 156 метров при весе 1510 тонн. Ствол орудия был сборным и состоял из 26 фрагментов. Сила отдачи при выстреле должна была составить 27000 тонн, что эквивалентно взрыву небольшого ядерного устройства и могло вызвать сейсмическое возмущение во всем мире.
В кругах военных специалистов хорошо известно, что отношение длины ствола к калибру орудия должно находиться в пределах от 40 до 70, у гаубиц - от 20 до 40. Эти значения вытекают из принципа действия орудийного ствола. Первичное ускорение снаряд получает под воздействием ударной волны, образующейся при воспламенении метательного вещества (разгоняющего заряда), а далее на снаряд в стволе давят газы - продукты горения этого вещества. К выходному отверстию их давление постепенно снижается. Поэтому ствол не может быть как угодно длинным - в какой-то момент трение между снарядом и стенками канала станет больше, чем воздействие газов. Существуют также пределы, касающиеся дальности стрельбы и зависимости от мощности разгоняющего заряда. Они связаны с тем, что скорость воспламенения современных метательных веществ значительно ниже скорости распространения ударной волны. Поэтому с увеличением массы заряда, еще до его полного сгорания, снаряд может вылететь из ствола.
С этой точки зрения, пушка «Вавилон» - абсурд и фантазия безумного инженера. Но Джеральд Бюлль нашел решение проблемы в документации на проект сверхдальнобойной пушки «Фау-3»: можно увеличить скорость снаряда в стволе за счет дополнительных, последовательно воспламеняемых зарядов.
Проект «Фау-3» потерпел крах из-за невозможности воспламенять размещенные в канале ствола промежуточные заряды точно в нужный момент. Технических средств, обеспечивающих требуемые миллисекунды, тогда не нашлось. Заряд срабатывал то слишком рано и тормозил снаряд, грозивший разорваться внутри ствола, то с опозданием, не выполняя свои ускоряющие функции. Бюлль решил проблему синхронизации с помощью прецизионных конденсаторов.
Их, кстати, в апреле 1990 года конфисковали в лондонском аэропорту Хитроу и поначалу думали, что они будут применяться в качестве взрывателей для атомных бомб. На самом же деле эти конденсаторы должны были обеспечить точность последовательных воспламенений дополнительных зарядов с погрешностью в пикосекунды! Воспламеняющие устройства срабатывали бы по команде пневматических дат чиков, реагирующих на изменение давления в канале ствола.
В 156-метровом стволе «Большого Вавилона» предполагалось разместить 15 промежуточных зарядов. Они обеспечили бы снаряду, вылетающему из пушки, начальную скорость примерно 2400 м/с. Естественно, дополнительное ускорение тоже имеет свои пределы - Бюлль, похоже, приблизился к ним вплотную. В его конструкции снаряд разгоняется все быстрее и быстрее и в конце концов достигает скорости распространения давления горящей газопороховой смеси промежуточного заряда.
Пушка-прототип «Малый Вавилон» весом 102 тонны была построена к маю 1989 года. Ее огневая позиция размещалась в 145 километрах севернее Багдада, и в ходе испытаний планировалось отправить снаряд на расстояние 750 километров.
Иракский дезертир показал позднее, что пушку собирались использовать для доставки боеголовок с химической или бактериологической начинкой на территорию противника, а также для уничтожения вражеских разведывательных спутников.
Первоначально израильская разведка, работающая в Ираке, не обращала внимания на проект «Вавилон», считая его авантюрой, но когда иракское правительство подключило доктора Булла к разработкам в области создания межконтинентальной многоступенчатой ракеты на основе советских ракет «Скад», конструктору было сделано предупреждение.
Однако Бюлль отказался разорвать контракт с Ираком и 22 марта 1990 года был убит при загадочных обстоятельствах.
Пушки проекта «Вавилон» так и не достроили. Согласно решению Совета Безопасности ООН, принятому после окончания операции «Буря в пустыне», они были уничтожены под контролем международных наблюдателей.
«Сверхвысотная исследовательская программа» («SHARP»)
Несколько по-другому к проблеме создания «космической» пушки подошел американский конструктор Джон Хантер из Национальной Лаборатории Лоренса в Ливерморе (Калифорния). Его разработки нашли отражение в «Сверхвысотной исследовательской программе» («SHARP», «Super High Altitude Research Project»).
Изучая в 1985 году материалы проекта электромагнитной пушки, создаваемой в рамках программы «СОИ», Джон Хантер пришел к выводу, что более эффективным оружием для решения задачи уничтожения баллистических ракет противника на значительных высотах может оказаться «газовая» пушка.
Есть еще одно правило для артиллериста-конструктора - скорость снаряда не может превышать скорость газов в стволе. Для того чтобы увеличить эту скорость (а следовательно, и высоту, и дальность полета снаряда), Хантер предложил заменить обычные продукты сгорания водородом, который имеет гораздо меньшую молекулярную массу и большую скорость. Исследуя архивы, американский конструктор установил, что в 1966 году инженеры НАСА уже испытывали маленькую водородную пушку, выстреливавшую снаряды со скоростью 2,5 км/с. На основе этой разработки Джон Хантер построил компьютерную модель двухкамерной газовой пушки, дульная скорость которой могла бы достигнуть 8 км/с. Проектом Хантера заинтересовались, и Лаборатория Лоренса получила деньги на строительство полноразмерной газовой пушки, предназначенной для запуска снарядов с космической скоростью; разработка получила название «Сверхвысотной исследовательской программы».
Двухмодульная газовая пушка Хантера состояла из Г-образного ствола длиной 82 метра и так называемого «блока накачки», представлявшего собой герметичную трубу диаметром 36 сантиметров и длиной 47 метров. В стальную трубу накачки подается газообразный метан и поджигается.
Расширяясь, газ толкает поршень весом в тонну по трубе накачки, сжимая и нагревая водород, находящийся с другой стороны поршня. Когда давление водорода достигает 4000 атмосфер, приводится в движение снаряд, находящийся у начала ствола, в прямом угле Г-образной конструкции.
Ствол, разумеется, был герметизирован, и в момент вылета снаряд должен был выбивать пластмассовую крышку. Сила отдачи снималась тремя водяными компенсаторами: одним 10-тонным и двумя 100-тонными.
Экспериментальная газовая пушка была построена на испытательном полигоне взрывчатых веществ Лаборатории Лоренса в 1992 году. Первые испытания состоялись в декабре, при этом 5-килограммовый снаряд, выпущенный из пушки, смог развить скорость 3 км/с. Чтобы еще увеличить скорость, Хантер предлагал сделать снаряд ракетным и двухступенчатым, причем полезная нагрузка должна была составить 66 % от общего веса снаряда.
Однако 1 миллиард долларов, необходимый специалистам Лаборатории для продолжения экспериментов с запуском меньших снарядов на космическую орбиту, так и не был выделен. В результате все работы по программе «SHARP» оказались свернуты.
В 1996 году пушка Хантера была использована для изучения характера обтекания моделей прямоточного воздушно-реактивного двигателя при скоростях около 9 Махов.
«Пусковая компания имени Жюля Верна»
В 1996 году, после отказа правительства США финансировать дальнейшие этапы программы «SHARP», Джон Хантер основал фирму под претенциозным названием «Пусковая компания Жюля Верна» («Jules Verne Launcher Company»).
Первоначально компания планировала построить прототип пусковой установки, подобной газовой пушке Лаборатории Лоренса. На прототипе, размер снарядов которого не должен был превышать 1,3 миллиметра, Хантер со товарищи собирались обкатать новые идеи и отработать технологии, связанные с созданием пушки-гиганта. Сама же пушка-гигант, согласно их планам, должна быть построена в горе на Аляске, что позволило бы выводить полезные грузы на орбиты с высоким наклонением. Согласно расчетам Хантера, с помощью этой пушки можно было бы достигнуть дульной скорости 7 км/с, отправляя снаряды весом 3300 килограммов (габариты: диаметр - 1,7 метра, длина - 9 метров) на низкую околоземную орбиту высотой 185 километров.
В перспективе же полезную нагрузку можно было бы увеличить до 5000 килограммов.
По своей конструкции космическая пушка «Пусковой компании имени Жюля Верна» представляет собой комбинацию из газовой пушки Лаборатории Лоренса и «лунной» пушки Гвидо фон Пирке. Здесь имеется камера сгорания, где поджигается подаваемый из резервуара-хранилища метан, блок накачки с водородом, а также боковые наклонные камеры, внутри которых размещаются заряды, при подрыве придающие снаряду дополнительные импульс и ускорение.
«Пусковая компания имени Жюля Верна» планирует получить заказы на запуски более 1500 тонн полезных грузов в год. При этом предполагается, что стоимость запуска килограмма груза на орбиту будет в 20 раз меньше, чем стоимость такого же запуска при использовании ракетной техники.
Весь стартовый комплекс должен окупиться и начать приносить дивиденды после 50-го запуска.
Проблема только в том, что Джон Хантер до сих пор не нашел инвестора, готового финансировать этот амбициозный проект стоимостью в несколько миллиардов долларов.
Тем временем в Национальной Лаборатории Лоренса в Ливерморе проходит предварительную «обкатку» еще более фантастический проект. На этот раз речь идет об использовании мощного лазера, луч которого должен вытолкнуть снаряд на околоземную орбиту.
Лазерный стартовый комплекс был предложен специалистами Лаборатории Лоренса в рамках «Программы перспективных технологий» («Advanced Technology Program», «ATP»), направленной на разработку теоретических основ альтернативных концепций космических кораблей.
Принцип действия этого комплекса довольно необычен.
Лазерный луч, направляемый с земли, нагревает специальное вещество, которым покрыта нижняя часть снаряда, имеющая форму параболоида. Испаряясь, это вещество создает реактивную тягу, толкающую снаряд вверх. При выходе в безвоздушное пространство параболическая чашка отбрасывается и в действие вступает обычный твердотопливный двигатель, зажигаемый опять же лазерным лучом.
Снаряд, запускаемый лазерным стартовым комплексом, имеет следующие параметры: диаметр - 2 метра, начальная масса - 1000 килограммов, полезная нагрузка, выводимая на высоту до 1000 километров, - 150 килограммов. Потребляемая лазером мощность не должна превышать 100 МВт, время действия импульса - 800 секунд.
Разумеется, подобный комплекс пока остается лишь красивой фантазией, весьма далекой от воплощения. Тем не менее опыты, проведенные на моделях в Лаборатории Лоренса, доказали возможность создания подобной схемы старта.
Электромагнитные пушки-катапульты
Впервые идею электромагнитной пушки (или электромагнитной катапульты) предложили в 1915 году российские инженеры Подольский и Ямпольский, использовав принцип линейного электродвигателя, изобретенного еще в XIX столетии русским физиком Борисом Якоби. Они создали проект магнитно-фугальной пушки с 50-метровым стволом, обвитым катушками индуктивности. Предполагалось, что разгоняемый электротоком снаряд достигнет начальной скорости 915 м/с и улетит на 300 километров. Проект отвергли как несвоевременный.
Однако уже в следующем году французы Фашон и Виллепле предложили аналогичную артсистему, причем на испытаниях ее модели 50-граммовый снаряд разгонялся до 200 м/с. Изобретатели утверждали, что электромагнитные пушки окажутся дальнобойнее обычных; кроме того, их стволы не будут перегреваться при длительной стрельбе. Но скептики подметили, что для такой установки потребуется ствол длиной не менее 200 метров, который придется удерживать несколькими стационарными фермами, лишь незначительно меняя угол его наклона, а о наводке по горизонтали говорить не придется. Да и для обеспечения энергией даже простейшей электромагнитной пушки потребуется соорудить рядом с ней целую электростанцию…
Эксперименты с электромагнитными метательными системами были вновь продолжены только после Второй мировой войны. Наиболее серьезный проект электромагнитной пушки-катапульты, предназначенной для запуска небольших снарядов на околоземную орбиту, разрабатывался в середине 80-х годов Национальной лабораторией в Альбукерке (США) под руководством Уильяма Корна. Была даже построена модель стартового комплекса, представляющего собой шестиступенчатый электромагнитный ускоритель. Он рассчитан на разгон снаряда массой 4 килограмма и диаметром 139 миллиметров. Позже появился проект десятиступенчатого ускорителя, предназначенного для запуска 400-килограммовых снарядов калибром 750 миллиметров.
Интересен также проект стартового комплекса, разрабатываемый в американском Научно-исследовательском центре Льюиса. Он предназначен для отправки в космос контейнеров с радиоактивными отходами и включает несколько технических и пусковых площадок, помещений для подготовки снарядов-контейнеров, подземных хранилищ, центра управления «стрельбами», станций радиолокационного слежения.
Согласно расчетам сотрудников центра Льюиса затраты на сооружение подобного объекта могут составить 6,4 миллиарда долларов, а ежегодные эксплуатационные расходы - 58 миллионов. С другой стороны, та экономия, которую получит атомная энергетика, если радиоактивные отходы с долгоживущими изотопами будут удаляться за пределы Солнечной системы, покроет любые расходы.
Процесс запуска контейнера с радиоактивными отходами будет выглядеть следующим образом. Отработавшие на АЭС стержни привезут на стартовый комплекс и направят в пункт переработки. Там отходы перегрузят из транспортных контейнеров в экранированные капсулы, представляющие собой части орбитального снаряда. Устройство такого снаряда, изготовленного из тугоплавкого вольфрама, зависит от назначения и вида полезной нагрузки, но в любом случае корпус должен обладать минимальным аэродинамическим сопротивлением, для движения по направляющему рельсу ствола потребуются сбрасываемые после выстрела башмаки, а для стабилизации при полете в атмосфере - стабилизаторы.
Незадолго перед пуском смонтированный снаряд переместят в магазин, а оттуда - в зарядное устройство. За ним расположен газодинамический участок доускорения, переходящий в ствол-рельсотрон, изготовленный из меди. Сначала предлагали ствол квадратного сечения, однако после опытов, проведенных в Ливерморской лаборатории, предпочли круглый в сечении, «пушечный», окруженный множеством соленоидных катушек, объединенных в блоки.
Перед запуском катушки возбуждаются переменным током с возрастающей частотой. Так, на одном из опытных образцов метательной установки на первый блок подавали напряжение с частотой 4,4 кГц, на второй - до 8,8 кГц, на третьем она возрастала до 13,2 кГц и так далее.
Каждый блок катушек, взаимодействуя с несущимся по рельсотрону снарядом, будет как бы подхватывать и разгонять его до тех пор, пока скорость не достигнет расчетной.
При этом блоки оснащаются собственными генераторами с фотоэлектрическими переключателями, срабатывавшими при приближении снаряда к фиксированным точкам в стволе. Кроме того, генераторы связаны с мультиплексором, под ключенным к усилителям мощности соленоидов.
Такие электромагнитные пушки предпочтительнее размещать в шахтах; при этом для снижения энергозатрат их предлагают устраивать в горах, на высотах 2,5–3 километров.
Для придачи снаряду дополнительного ускорения при выходе за пределы действия земного притяжения его оснастят силовой установкой. В качестве топлива пока намечена комбинация гидрозина-трифторида хлора, обладающая большой плотностью и достаточным удельным импульсом.
В Советском Союзе также неоднократно выдвигались проекты электромагнитных пушек-катапульт. Например, в начале 70-х годов на страницах научно-популярных журналов всерьез обсуждался проект гигантской станции-катапульты, находящейся на околоземной орбите и служащей промежуточным пунктом на пути космических кораблей к другим планетам.
В качестве источника энергии на борту станции-катапульты планировалось использовать ядерную энергетическую установку - реактор и преобразователь тепловой энергии в электрическую. Энергия должна была аккумулироваться в накопителях на основе сверхпроводящих электромагнитов - криогенных систем с электромагнитными катушками, охлаждаемыми до условий сверхпроводимости. Ускорительная система «пушки» состояла из цепочки соленоидов. Катушки подключались таким образом, что секции, через которые уже прошел снаряд (или космический корабль), выталкивают его, а секции, расположенные впереди, втягивают аппарат. Для подключения катушек в такой последовательности необходима специальная сильноточная коммутационная аппаратура, создание которой - отдельная и серьезная проблема.
К сожалению, все эти проекты так и остались на бумаге.
Главная причина столь прохладного отношения к мощным электромагнитным пушкам-катапультам состоит в том, что перед человечеством пока не стоит задачи, требующей резкого увеличения грузопотока между Землей и космосом. Если такая задача завтра появится, можно не сомневаться, что все эти «бумажные» разработки будут немедленно востребованы…
Как известно, все новое - это хорошо забытое старое. На примере материала предыдущей главы мы убедились, что развитие техники во многом основывается на этом общеизвестном соображении.
Раз за разом конструкторская мысль на очередном этапе возвращается к старым «забытым» схемам, чтобы возродить их в новом качестве под новые задачи. Электроракетные двигатели и использование атомной энергии, солнечные паруса и антигравитация - все это было придумано еще в первой четверти XX века, но обретает воплощение лишь сегодня.
Не осталась забытой и идея космической пушки, предложенная, как мы помним, еще Исааком Ньютоном, получившая развитие в романах Жюля Верна, Фора и Граффиньи и нашедшая воплощение в программе создания сверхдальнобойного орудия «Фау-3».
Однако при всей кажущейся бесперспективности этих проектов с наступлением космической эры и появлением потребности в дешевых всепогодных средствах доставки различных аппаратов на околоземную орбиту вновь заговорили о пушках. Разумеется, речь уже не шла о пилотируемом полете, но небольшие спутники таким способом в космос запустить возможно, и идея получила второе (или третье?) рождение.
Этим она прежде всего обязана талантливому канадскому конструктору - доктору Джеральду Бюллю.
Джеральд Бюль родился в 1928 году в канадской провинции Онтарио. Его карьера началась с ошеломляющих успехов - в 22 года Бюлль стал самым молодым доктором, когда-либо защищавшим диссертацию в Торонтском университете.
С 1961 года он преподавал в Макгильском университете, а в 1964 году возглавил канадский Институт космических исследований. Именно на должности директора этого института Бюлль получил возможность реализовать идею пушки, способной забрасывать снаряды на суборбитальную и орбитальную высоту.
В 1961 году Департамент исследований в области вооружений выделил доктору Бюллю 10 миллионов долларов в рамках совместной научной программы, инициированной министерствами обороны США и Канады и получившей название «Высотная исследовательская программа» («High Altitude Research Program», «HARP»).
На начальном этапе работ по программе доктор Бюлль брался доказать, что сверхдальнобойные пушки можно использовать для запуска научных и военных грузов на суборбитальные высоты. Стартовая площадка была возведена на острове Барбадос, а запуски осуществлялись в сторону Атлантики. В качестве «космической» пушки использовалось 16-дюймовое (406-миллиметровое) орудие ВМФ США весом в 125 тонн. Стандартный ствол длиной 20 метров был заменен на новый - 36-метровый. В период с 1963 по 1967 год доктор Бюлль осуществил более двухсот экспериментальных запусков с помощью этого орудия.
Первый снаряд «Martlet 1» длиной 1,78 метра и весом 205 килограммов Джеральд Бюлль представил заказчику в июне 1962 года. Снаряд был изготовлен из толстой листовой стали, внутри корпуса размещалось оборудование для радиотелеметрического контроля за ходом полета. Кроме того, на снаряде смонтировали специальное приспособление для выпуска цветного дыма, по которому можно было вести наблюдение за траекторией снаряда и произвести, оценку влияния высотных воздушных потоков на летательный аппарат.
«Martlet 1» был запущен 21 января 1963 года. Полет продолжался 145 секунд, и в ходе него снаряд достиг высоты в 26 километров и упал в 11 километрах от места старта.
Второй запуск оказался столь же успешен, и исследовательская группа проекта «HARP» приступила к разработке новой серии снарядов «Martlet 2», которые уже можно было использовать в качестве суборбитальных летательных аппаратов.
В рамках серии «Martlet 2» были сконструированы снаряды трех основных модификаций: 2А, 2В и 2С. Внешне они почти не отличаются друг от друга, но изготовлены из разных материалов. Типичный снаряд «Martlet 2» имеет стрелообразную форму с диаметром корпуса в 13 сантиметров и длиной 1,68 метра. В нижней части корпуса приварены четыре скошенных стабилизатора. Полезная нагрузка снаряда составляет 84 килограмма, общий вес вместе с выстрелом - приблизительно 190 килограммов.
Перед суборбитальными летательными аппаратами «Martlet 2» ставилась задача подробного изучения физического состояния верхних слоев атмосферы. Эта информация имела для министерств обороны США и Канады жизненно важное значение, поскольку, как мы помним, в то же самое время велись работы по созданию стратосферных гиперзвуковых самолетов и новых ракетных систем, а данных о свойствах воздушной среды на больших высотах не хватало. Полезный груз «Martlet 2» включал магнитометры, температурные датчики, электронные измерители плотности и даже метеолабораторию «Langmuir». Для того чтобы аппаратура после старта могла функционировать нормально, весь измерительный блок заливался эпоксидной смолой, которая предохраняла компоненты системы от смещения и повреждений при ускорении в 15 000 g.
Согласно первоначальным расчетам, скорость для снарядов серии «Martlet 2» не должна была превышать 1400 м/с, а максимально достижимая высота - 125 километров. Однако благодаря целому ряду усовершенствований (удлинение ствола пушки, использование новых видов пороха и способов его поджигания) удалось выйти на гораздо большие высоты.
Скорость снаряда подняли до 2100 м/с, и 19 ноября 1966 года «Martlet 2C» достиг рекордной высоты - 180 километров при полетном времени 400 секунд.
Кроме того, за цикл испытаний доктору Бюллю удалось снизить стоимость запуска полезного груза на суборбитальную высоту до 3000 долларов за килограмм.
Перспективы «Высотной исследовательской программы» («HARP»)
30 июня 1967 года, в результате резкого «похолодания» в отношениях между США и Канадой, вызванного войной во Вьетнаме, канадский Департамент исследований в области вооружений официально объявил о закрытии «Высотной исследовательской программы».
Проект был свернут в тот самый момент, когда группа под руководством доктора Бюлля работала над созданием самого миниатюрного космического аппарата в истории человечества - реактивного снаряда «Martlet 2G-1» с твердотопливной ступенью. Вес полезной нагрузки, выводимой этим снарядом на орбиту, не превышал 2 килограммов - оптимум для «нано-спутников», разрабатываемых сегодня в НАСА. Сам снаряд при этом был 4,3 метра в длину и 30 сантиметров в диаметре. Общий вес снаряда с выстрелом составлял 500 килограммов.
Среди других, весьма перспективных, направлений программы «HARP» можно назвать работы над сериями реактивных снарядов «Martlet 3» и «Martlet 4». Эти снаряды, имеющие твердотопливных ступени, фактически уже являлись компактными ракетами, начальную часть траектории которых задавала пушка. Наибольший интерес для нас представляет серия «Martlet 4». Поговорим о ней подробнее.
Первоначально программа «HARP» не предусматривала создание орбитальных средств доставки, ориентируясь лишь на задачу изучения верхних слоев атмосферы. Только в 1964 году, когда дополнительное соглашение между канадским Департаментом исследований и правительством США обеспечило гарантированное финансирование программы еще на три года, в группе доктора Бюлля всерьез заговорили об орбитальных запусках. Однако руководство Департамента прохладно отнеслось к этой затее, и до самого закрытия программы энтузиастам орбитальных запусков не удалось «протолкнуть» серию «Martlet 4».
Согласно оставшемуся на бумаге проекту реактивные многоступенчатые снаряды «Martlet 4» можно было использовать для вывода на околоземную орбиту полезных грузов весом от 12 до 24 килограммов. В первой версии проекта снаряды имели две (или три) твердотопливные ступени, в более поздних - ступени с жидким топливом.
Первая ступень типовой модификации снаряда «Martlet 4», содержащая 735 килограммов твердого топлива, имела шесть стабилизаторов. При прохождении через ствол пушки стабилизаторы должны были находиться в сложенном положении, а при выходе - выпрямиться, придавая снаряду движение вращения вокруг продольной оси со скоростью 4,5–5,5 оборотов в секунду - таким образом обеспечивалась гироскопическая устойчивость снаряда на протяжении начального участка полета, заданного выстрелом пушки. Поскольку движение снаряда на этом участке подчинялось законам элементарной баллистики (то есть зависело только от мощности заряда, угла наклона орудия и аэродинамики снаряда), отпадала необходимость в сложной системе управления и контроля. Первая ступень должна была запуститься на высоте 27 километров и выгореть в течении 30 секунд, давая тягу в 6900 килограммов.
Вторая и третья ступени «Martlet 4» также были твердотопливными (181,5 и 72,6 килограмма топлива соответственно) и обеспечивали полет снаряда в стратосфере и мезосфере, выводя полезный груз на высоту до 425 километров.
Между второй и третьей ступенями конструкторы разместили блок управления и ориентации. Он должен был включиться сразу после отделения первой ступени, поддерживая заданные программой углы крена и тангажа. Заметим, что в 60-е годы еще не существовало интегральных схем, а традиционные механические гироскопы не могли быть применены в блоке управления и ориентации, поскольку не выдержали бы чудовищных перегрузок. Для решения этой проблемы к разработке были привлечены специалисты из Университета Макгила и Лаборатории баллистики армии США. В результате была спроектирована совершенно новая система ориентации. Она состояла из аналогового модуля, получающего информацию от нескольких датчиков, закрепленных на корпусе снаряда, и сравнивающего поступающие данные с эталоном. Скорость вращения вокруг продольной оси определялась с помощью акселерометра, угол тангажа - двумя инфракрасными датчиками. Дополнительная информация поступала также от двух светочувствительных элементов, ориентированных по солнцу.
Отдельные компоненты системы управления и ориентации прошли «обкатку» на устойчивость к перегрузкам на испытательном полигоне в Квебеке для их запуска использовалась малая 155-миллиметровая пушка, способная придать контейнеру с элементами системы ускорение более 10 000 g.
Важнейшим преимуществом реактивных снарядов «Martlet 4» перед ракетными транспортными средствами был малый период предполетной подготовки. Конструкторы полагали, что такая подготовка займет всего лишь несколько часов против нескольких недель или даже месяцев для многоступенчатой ракеты-носителя. При необходимости можно было запускать от четырех до шести снарядов «Martlet 4» в день, невзирая на погодные условия.
Малые суборбитальные пушки
Работы Джеральда Бюлля в Канаде привлекли внимание ученых военно-промышленного комплекса США. Как мы уже неоднократно отмечали ранее, американским конструкторам, работавшим над созданием перспективных летательных аппаратов, не хватало данных о физических свойствах и химическом составе верхних слоев атмосферы. Часть вопросов была снята в рамках совместных работ по программе «HARP». Однако для решения частных задач американцы использовали малые пушки, позволявшие выводить небольшие зонды на высоты до 70 километров.
В начале марта 1960 года генерал-лейтенант Артур Традье, руководитель исследовательских программ армии США, поручил подчиненной ему Лаборатории баллистики оценить возможность использования артиллерии для запуска метеорологических зондов. К июлю ученые Лаборатории на опыте доказали, что соответствующим образом сконструированный зонд выдержит воздействие перегрузок, возникающих при выстреле, и работа закипела.
В качестве исходного орудия для суборбитальных запусков использовалась армейская пушка калибром 120 миллиметров и длиной ствола 8,9 метра. Пушки этого класса были очень удобны в применении и обладали необходимой мобильностью - их можно было доставлять к огневой позиции на железнодорожной платформе или в кузове специального грузовика.
Стартовые комплексы на основе 120-миллиметровых пушек были построены на испытательных полигонах острова Барбадос, Квебека, в штатах Аляска, Вирджиния, Нью-Мексико, Аризона С их помощью на суборбитальные высоты запускались небольшие зонды различного назначения (серия суборбитальных снарядов «BRL»): дипольный отражатель, траектория которого отслеживалась радаром, дрейфующий метеозонд с парашютом, возвращаемые контейнеры и тому подобное. Стоимость одного запуска колебалась в пределах от 300 до 500 долларов США.
Эксплуатация малых «суборбитальных» пушек продемонстрировала высокую эффективность такого рода запусков при изучении атмосферы, и вскоре на смену 120-миллиметровым пушкам пришли новые - с калибром 175 миллиметров и длиной ствола 16,8 метра. Эти пушки позволяли запускать в три раза более тяжелые грузы на высоту свыше 100 километров.
Соответственно, расширился и список используемых зондов. Помимо традиционного набора дипольных отражателей новые снаряды несли в себе капсулы с нитратом цезия для создания искусственных облаков и метеолаборатории «Langmuir» с телеметрическим управлением.
Стартовый комплекс на основе 175-миллиметровой пушки оказался, впрочем, менее надежной системой, чем его предшественники. Снаряды часто не достигали расчетной высоты, и тогда группа доктора Бюлля, используя накопленный опыт, предложила проект твердотопливного снаряда «Martlet 3E», который мог служить разгонной ступенью для грузов, запускаемых с помощью 175-миллиметровой пушки.
При этом расчетный потолок поднимался до 250 километров.
Снаряды «Martlet 3E» могли заменить собой всю серию «Martlet 3», освободив главное 406-миллиметровое орудие для орбитальных запусков. Но, к сожалению, и этому проекту было суждено остаться на бумаге.
Проект «Вавилон»
Несмотря на закрытие программы «HARP», доктор Джеральд Бюлль не утратил интереса к теме «космических» пушек. Более того, в 1968 году он получил премию Маккарди - самую престижную канадскую награду за исследования, связанные с космосом. В поисках новых инвесторов Бюлль основал собственную «Корпорацию по исследованию космоса». Используя свои связи в Пентагоне, он заключил сделку с Израилем. В 1973 году бюллевская «Корпорация» поставила туда около 50 тысяч артиллерийских снарядов. Тогда же конструктор познакомился с будущим командующим израильской артиллерии генералом Абрахамсом Давидом. Бюлль с восторгом говорил, что генерал - «единственный человек, который аккумулирует все возможности, чтобы построить суперпушку». Наверное, именно потому, что генерал Давид был «единственным» заинтересованным лицом, реализовать свой проект в Израиле Бюллю не удалось.
В середине 70-х доктор Бюлль вступил в контакт с южноафриканским правительством. Его фирма, при негласном попустительстве ЦРУ, поставила Претории 55 тысяч снарядов вместе с документацией по их изготовлению. ЮАР, изолированная ООН от рынков оружия, щедро платила за смертоносный товар. Дела шли неплохо, и конструктор решил расширить свой бизнес. С его помощью в ЮАР стали создаваться самые современные 155-миллиметровые орудия. Но вскоре подробности этой сделки стали достоянием гласности, и в 1980 году Бюлль попал за решетку по обвинению в незаконной продаже военных технологий в страны «третьего мира». «Корпорация по исследованию космоса» была ликвидирована.
После освобождения доктор Бюлль перебрался в Бельгию, где продолжил свою деятельность в качестве эксперта по артиллерии. В марте 1988 года он заключил контракт с правительством Ирака на строительство трех сверхдальнобойных пушек: одного 350-миллиметрового орудия-прототипа (проект «Малый Вавилон») и двух полноразмерных 1000-миллиметровых орудий (проект «Вавилон»).
Если верить расчетам доктора Бюлля, то главные орудия при весе выстрела в 9 тонн могли отправить 600-килограммовый груз на расстояние свыше 1000 километров, а реактивный снаряд весом в 2 тонны с полезной нагрузкой в 200 килограммов - на околоземную орбиту. При этом стоимость вывода на орбиту килограмма полезного груза не должна была превысить 600 долларов.
Проекту присвоили обозначение РС-2, и в официальных бумагах он проходил как проект новейшего нефтехимического комплекса. Сооружением стартовой площадки занималась британская строительная корпорация под руководством Кристофера Коулея.
Длина орудия проекта «Вавилон» достигала 156 метров при весе 1510 тонн. Ствол орудия был сборным и состоял из 26 фрагментов. Сила отдачи при выстреле должна была составить 27000 тонн, что эквивалентно взрыву небольшого ядерного устройства и могло вызвать сейсмическое возмущение во всем мире.
В кругах военных специалистов хорошо известно, что отношение длины ствола к калибру орудия должно находиться в пределах от 40 до 70, у гаубиц - от 20 до 40. Эти значения вытекают из принципа действия орудийного ствола. Первичное ускорение снаряд получает под воздействием ударной волны, образующейся при воспламенении метательного вещества (разгоняющего заряда), а далее на снаряд в стволе давят газы - продукты горения этого вещества. К выходному отверстию их давление постепенно снижается. Поэтому ствол не может быть как угодно длинным - в какой-то момент трение между снарядом и стенками канала станет больше, чем воздействие газов. Существуют также пределы, касающиеся дальности стрельбы и зависимости от мощности разгоняющего заряда. Они связаны с тем, что скорость воспламенения современных метательных веществ значительно ниже скорости распространения ударной волны. Поэтому с увеличением массы заряда, еще до его полного сгорания, снаряд может вылететь из ствола.
С этой точки зрения, пушка «Вавилон» - абсурд и фантазия безумного инженера. Но Джеральд Бюлль нашел решение проблемы в документации на проект сверхдальнобойной пушки «Фау-3»: можно увеличить скорость снаряда в стволе за счет дополнительных, последовательно воспламеняемых зарядов.
Проект «Фау-3» потерпел крах из-за невозможности воспламенять размещенные в канале ствола промежуточные заряды точно в нужный момент. Технических средств, обеспечивающих требуемые миллисекунды, тогда не нашлось. Заряд срабатывал то слишком рано и тормозил снаряд, грозивший разорваться внутри ствола, то с опозданием, не выполняя свои ускоряющие функции. Бюлль решил проблему синхронизации с помощью прецизионных конденсаторов.
Их, кстати, в апреле 1990 года конфисковали в лондонском аэропорту Хитроу и поначалу думали, что они будут применяться в качестве взрывателей для атомных бомб. На самом же деле эти конденсаторы должны были обеспечить точность последовательных воспламенений дополнительных зарядов с погрешностью в пикосекунды! Воспламеняющие устройства срабатывали бы по команде пневматических дат чиков, реагирующих на изменение давления в канале ствола.
В 156-метровом стволе «Большого Вавилона» предполагалось разместить 15 промежуточных зарядов. Они обеспечили бы снаряду, вылетающему из пушки, начальную скорость примерно 2400 м/с. Естественно, дополнительное ускорение тоже имеет свои пределы - Бюлль, похоже, приблизился к ним вплотную. В его конструкции снаряд разгоняется все быстрее и быстрее и в конце концов достигает скорости распространения давления горящей газопороховой смеси промежуточного заряда.
Пушка-прототип «Малый Вавилон» весом 102 тонны была построена к маю 1989 года. Ее огневая позиция размещалась в 145 километрах севернее Багдада, и в ходе испытаний планировалось отправить снаряд на расстояние 750 километров.
Иракский дезертир показал позднее, что пушку собирались использовать для доставки боеголовок с химической или бактериологической начинкой на территорию противника, а также для уничтожения вражеских разведывательных спутников.
Первоначально израильская разведка, работающая в Ираке, не обращала внимания на проект «Вавилон», считая его авантюрой, но когда иракское правительство подключило доктора Булла к разработкам в области создания межконтинентальной многоступенчатой ракеты на основе советских ракет «Скад», конструктору было сделано предупреждение.
Однако Бюлль отказался разорвать контракт с Ираком и 22 марта 1990 года был убит при загадочных обстоятельствах.
Пушки проекта «Вавилон» так и не достроили. Согласно решению Совета Безопасности ООН, принятому после окончания операции «Буря в пустыне», они были уничтожены под контролем международных наблюдателей.
«Сверхвысотная исследовательская программа» («SHARP»)
Несколько по-другому к проблеме создания «космической» пушки подошел американский конструктор Джон Хантер из Национальной Лаборатории Лоренса в Ливерморе (Калифорния). Его разработки нашли отражение в «Сверхвысотной исследовательской программе» («SHARP», «Super High Altitude Research Project»).
Изучая в 1985 году материалы проекта электромагнитной пушки, создаваемой в рамках программы «СОИ», Джон Хантер пришел к выводу, что более эффективным оружием для решения задачи уничтожения баллистических ракет противника на значительных высотах может оказаться «газовая» пушка.
Есть еще одно правило для артиллериста-конструктора - скорость снаряда не может превышать скорость газов в стволе. Для того чтобы увеличить эту скорость (а следовательно, и высоту, и дальность полета снаряда), Хантер предложил заменить обычные продукты сгорания водородом, который имеет гораздо меньшую молекулярную массу и большую скорость. Исследуя архивы, американский конструктор установил, что в 1966 году инженеры НАСА уже испытывали маленькую водородную пушку, выстреливавшую снаряды со скоростью 2,5 км/с. На основе этой разработки Джон Хантер построил компьютерную модель двухкамерной газовой пушки, дульная скорость которой могла бы достигнуть 8 км/с. Проектом Хантера заинтересовались, и Лаборатория Лоренса получила деньги на строительство полноразмерной газовой пушки, предназначенной для запуска снарядов с космической скоростью; разработка получила название «Сверхвысотной исследовательской программы».
Двухмодульная газовая пушка Хантера состояла из Г-образного ствола длиной 82 метра и так называемого «блока накачки», представлявшего собой герметичную трубу диаметром 36 сантиметров и длиной 47 метров. В стальную трубу накачки подается газообразный метан и поджигается.
Расширяясь, газ толкает поршень весом в тонну по трубе накачки, сжимая и нагревая водород, находящийся с другой стороны поршня. Когда давление водорода достигает 4000 атмосфер, приводится в движение снаряд, находящийся у начала ствола, в прямом угле Г-образной конструкции.
Ствол, разумеется, был герметизирован, и в момент вылета снаряд должен был выбивать пластмассовую крышку. Сила отдачи снималась тремя водяными компенсаторами: одним 10-тонным и двумя 100-тонными.
Экспериментальная газовая пушка была построена на испытательном полигоне взрывчатых веществ Лаборатории Лоренса в 1992 году. Первые испытания состоялись в декабре, при этом 5-килограммовый снаряд, выпущенный из пушки, смог развить скорость 3 км/с. Чтобы еще увеличить скорость, Хантер предлагал сделать снаряд ракетным и двухступенчатым, причем полезная нагрузка должна была составить 66 % от общего веса снаряда.
Однако 1 миллиард долларов, необходимый специалистам Лаборатории для продолжения экспериментов с запуском меньших снарядов на космическую орбиту, так и не был выделен. В результате все работы по программе «SHARP» оказались свернуты.
В 1996 году пушка Хантера была использована для изучения характера обтекания моделей прямоточного воздушно-реактивного двигателя при скоростях около 9 Махов.
«Пусковая компания имени Жюля Верна»
В 1996 году, после отказа правительства США финансировать дальнейшие этапы программы «SHARP», Джон Хантер основал фирму под претенциозным названием «Пусковая компания Жюля Верна» («Jules Verne Launcher Company»).
Первоначально компания планировала построить прототип пусковой установки, подобной газовой пушке Лаборатории Лоренса. На прототипе, размер снарядов которого не должен был превышать 1,3 миллиметра, Хантер со товарищи собирались обкатать новые идеи и отработать технологии, связанные с созданием пушки-гиганта. Сама же пушка-гигант, согласно их планам, должна быть построена в горе на Аляске, что позволило бы выводить полезные грузы на орбиты с высоким наклонением. Согласно расчетам Хантера, с помощью этой пушки можно было бы достигнуть дульной скорости 7 км/с, отправляя снаряды весом 3300 килограммов (габариты: диаметр - 1,7 метра, длина - 9 метров) на низкую околоземную орбиту высотой 185 километров.
В перспективе же полезную нагрузку можно было бы увеличить до 5000 килограммов.
По своей конструкции космическая пушка «Пусковой компании имени Жюля Верна» представляет собой комбинацию из газовой пушки Лаборатории Лоренса и «лунной» пушки Гвидо фон Пирке. Здесь имеется камера сгорания, где поджигается подаваемый из резервуара-хранилища метан, блок накачки с водородом, а также боковые наклонные камеры, внутри которых размещаются заряды, при подрыве придающие снаряду дополнительные импульс и ускорение.
«Пусковая компания имени Жюля Верна» планирует получить заказы на запуски более 1500 тонн полезных грузов в год. При этом предполагается, что стоимость запуска килограмма груза на орбиту будет в 20 раз меньше, чем стоимость такого же запуска при использовании ракетной техники.
Весь стартовый комплекс должен окупиться и начать приносить дивиденды после 50-го запуска.
Проблема только в том, что Джон Хантер до сих пор не нашел инвестора, готового финансировать этот амбициозный проект стоимостью в несколько миллиардов долларов.
Лазерная пушка
Тем временем в Национальной Лаборатории Лоренса в Ливерморе проходит предварительную «обкатку» еще более фантастический проект. На этот раз речь идет об использовании мощного лазера, луч которого должен вытолкнуть снаряд на околоземную орбиту.
Лазерный стартовый комплекс был предложен специалистами Лаборатории Лоренса в рамках «Программы перспективных технологий» («Advanced Technology Program», «ATP»), направленной на разработку теоретических основ альтернативных концепций космических кораблей.
Принцип действия этого комплекса довольно необычен.
Лазерный луч, направляемый с земли, нагревает специальное вещество, которым покрыта нижняя часть снаряда, имеющая форму параболоида. Испаряясь, это вещество создает реактивную тягу, толкающую снаряд вверх. При выходе в безвоздушное пространство параболическая чашка отбрасывается и в действие вступает обычный твердотопливный двигатель, зажигаемый опять же лазерным лучом.
Снаряд, запускаемый лазерным стартовым комплексом, имеет следующие параметры: диаметр - 2 метра, начальная масса - 1000 килограммов, полезная нагрузка, выводимая на высоту до 1000 километров, - 150 килограммов. Потребляемая лазером мощность не должна превышать 100 МВт, время действия импульса - 800 секунд.
Разумеется, подобный комплекс пока остается лишь красивой фантазией, весьма далекой от воплощения. Тем не менее опыты, проведенные на моделях в Лаборатории Лоренса, доказали возможность создания подобной схемы старта.
Электромагнитные пушки-катапульты
Впервые идею электромагнитной пушки (или электромагнитной катапульты) предложили в 1915 году российские инженеры Подольский и Ямпольский, использовав принцип линейного электродвигателя, изобретенного еще в XIX столетии русским физиком Борисом Якоби. Они создали проект магнитно-фугальной пушки с 50-метровым стволом, обвитым катушками индуктивности. Предполагалось, что разгоняемый электротоком снаряд достигнет начальной скорости 915 м/с и улетит на 300 километров. Проект отвергли как несвоевременный.
Однако уже в следующем году французы Фашон и Виллепле предложили аналогичную артсистему, причем на испытаниях ее модели 50-граммовый снаряд разгонялся до 200 м/с. Изобретатели утверждали, что электромагнитные пушки окажутся дальнобойнее обычных; кроме того, их стволы не будут перегреваться при длительной стрельбе. Но скептики подметили, что для такой установки потребуется ствол длиной не менее 200 метров, который придется удерживать несколькими стационарными фермами, лишь незначительно меняя угол его наклона, а о наводке по горизонтали говорить не придется. Да и для обеспечения энергией даже простейшей электромагнитной пушки потребуется соорудить рядом с ней целую электростанцию…
Эксперименты с электромагнитными метательными системами были вновь продолжены только после Второй мировой войны. Наиболее серьезный проект электромагнитной пушки-катапульты, предназначенной для запуска небольших снарядов на околоземную орбиту, разрабатывался в середине 80-х годов Национальной лабораторией в Альбукерке (США) под руководством Уильяма Корна. Была даже построена модель стартового комплекса, представляющего собой шестиступенчатый электромагнитный ускоритель. Он рассчитан на разгон снаряда массой 4 килограмма и диаметром 139 миллиметров. Позже появился проект десятиступенчатого ускорителя, предназначенного для запуска 400-килограммовых снарядов калибром 750 миллиметров.
Интересен также проект стартового комплекса, разрабатываемый в американском Научно-исследовательском центре Льюиса. Он предназначен для отправки в космос контейнеров с радиоактивными отходами и включает несколько технических и пусковых площадок, помещений для подготовки снарядов-контейнеров, подземных хранилищ, центра управления «стрельбами», станций радиолокационного слежения.
Согласно расчетам сотрудников центра Льюиса затраты на сооружение подобного объекта могут составить 6,4 миллиарда долларов, а ежегодные эксплуатационные расходы - 58 миллионов. С другой стороны, та экономия, которую получит атомная энергетика, если радиоактивные отходы с долгоживущими изотопами будут удаляться за пределы Солнечной системы, покроет любые расходы.
Процесс запуска контейнера с радиоактивными отходами будет выглядеть следующим образом. Отработавшие на АЭС стержни привезут на стартовый комплекс и направят в пункт переработки. Там отходы перегрузят из транспортных контейнеров в экранированные капсулы, представляющие собой части орбитального снаряда. Устройство такого снаряда, изготовленного из тугоплавкого вольфрама, зависит от назначения и вида полезной нагрузки, но в любом случае корпус должен обладать минимальным аэродинамическим сопротивлением, для движения по направляющему рельсу ствола потребуются сбрасываемые после выстрела башмаки, а для стабилизации при полете в атмосфере - стабилизаторы.
Незадолго перед пуском смонтированный снаряд переместят в магазин, а оттуда - в зарядное устройство. За ним расположен газодинамический участок доускорения, переходящий в ствол-рельсотрон, изготовленный из меди. Сначала предлагали ствол квадратного сечения, однако после опытов, проведенных в Ливерморской лаборатории, предпочли круглый в сечении, «пушечный», окруженный множеством соленоидных катушек, объединенных в блоки.
Перед запуском катушки возбуждаются переменным током с возрастающей частотой. Так, на одном из опытных образцов метательной установки на первый блок подавали напряжение с частотой 4,4 кГц, на второй - до 8,8 кГц, на третьем она возрастала до 13,2 кГц и так далее.
Каждый блок катушек, взаимодействуя с несущимся по рельсотрону снарядом, будет как бы подхватывать и разгонять его до тех пор, пока скорость не достигнет расчетной.
При этом блоки оснащаются собственными генераторами с фотоэлектрическими переключателями, срабатывавшими при приближении снаряда к фиксированным точкам в стволе. Кроме того, генераторы связаны с мультиплексором, под ключенным к усилителям мощности соленоидов.
Такие электромагнитные пушки предпочтительнее размещать в шахтах; при этом для снижения энергозатрат их предлагают устраивать в горах, на высотах 2,5–3 километров.
Для придачи снаряду дополнительного ускорения при выходе за пределы действия земного притяжения его оснастят силовой установкой. В качестве топлива пока намечена комбинация гидрозина-трифторида хлора, обладающая большой плотностью и достаточным удельным импульсом.
В Советском Союзе также неоднократно выдвигались проекты электромагнитных пушек-катапульт. Например, в начале 70-х годов на страницах научно-популярных журналов всерьез обсуждался проект гигантской станции-катапульты, находящейся на околоземной орбите и служащей промежуточным пунктом на пути космических кораблей к другим планетам.
В качестве источника энергии на борту станции-катапульты планировалось использовать ядерную энергетическую установку - реактор и преобразователь тепловой энергии в электрическую. Энергия должна была аккумулироваться в накопителях на основе сверхпроводящих электромагнитов - криогенных систем с электромагнитными катушками, охлаждаемыми до условий сверхпроводимости. Ускорительная система «пушки» состояла из цепочки соленоидов. Катушки подключались таким образом, что секции, через которые уже прошел снаряд (или космический корабль), выталкивают его, а секции, расположенные впереди, втягивают аппарат. Для подключения катушек в такой последовательности необходима специальная сильноточная коммутационная аппаратура, создание которой - отдельная и серьезная проблема.
К сожалению, все эти проекты так и остались на бумаге.
Главная причина столь прохладного отношения к мощным электромагнитным пушкам-катапультам состоит в том, что перед человечеством пока не стоит задачи, требующей резкого увеличения грузопотока между Землей и космосом. Если такая задача завтра появится, можно не сомневаться, что все эти «бумажные» разработки будут немедленно востребованы…
Запуск ракеты – самый лучший способ отправить что-то или кого-то в открытый космос. Это стало возможным благодаря работе выдающихся пионеров 20-го века таких, как Роберт Годдард, Сергей Королев, Герман Оберт, Константин Циолковский и Вернер фон Браун. Однако это далеко не единственный способ оказаться в космосе.Есть несколько альтернативных вариантов. Они и дешевле и менее технологичны и вероятность взрыва при старте не так высока. Некоторые инженеры предлагают гигантскую башню, с которой космос в нескольких метрах, а другие предлагают сделать лифт прямо в космос. Также есть ещё несколько проектов, находящихся на стадии начальной разработки, например, skyhook или массивный электромагнитный двигатель.
Все они очень сложные, но технически выполнимы. Правда есть другой простой вариант…
Почему не запустить груз в космос из гигантской пушки?
Сторонники этой идеи утверждают, что такая школьная фантазия смогла бы сэкономить нам топлива, денег и материалов. Они назвали задумку «космической пушкой» .
Пушечное ядро Ньютона
Эту концепцию Ньютон прорабатывал в свое «Трактате о системе Мира» ещё в 1728-ом году. В нем он выполняет мысленный эксперимент, где пушка размещается на самой высокой точке, где гравитация очень мала, и отсутствует сопротивление воздуха. Именно оттуда Ньютон хочет стрелять ядром в космос.
С гравитацией, путь снаряда зависит от его начальной скорости: либо он упадет обратно на Землю, либо останется на околоземной орбите, или же улетит в открытый космос. Чтобы воплотить последний сценарий, понадобится довольно высокая скорость.
Представьте себе, что пик горы находится над земной атмосферой. Представьте, что пушка, находящаяся на вершине этой горы и стреляет горизонтально. Поскольку, заряда тратится с каждым залпом все больше и больше, то снаряд будет падать на Землю все дальше и дальше от горы.
Наконец, достигнув определенной скорости, пушечное ядро не упадет на Землю, а сделает целый оборот. Достигнув достаточно высокой скорости, оно будет вращаться на околоземной орбите, при отсутствии сопротивления земной атмосферы.
The Colombiad
Этот вариант путешествия известен многим по роману Жюля Верна «С Земли на Луну». В романе астронавты летели на Луну в космическом снаряде, запушенном из пушки с поверхности Земли.
Верн очень подробно описал строительство этой громадной пушки, построенной из 62 000 000 килограмм железа, выплавляемого в 1200 печах и доставленного до Флориды на 68 баржах.
Это была пушка с 274-х метровым стволом, двухметровыми стенками и диаметром в три метра.
В романе вымышленный создатель пушки обращается к своему «пушечному клубу»:
«Я рассчитал все до мелочей, не осталось ничего, чтобы могло быть незамеченным. По неопровержимым расчетам, я полагаю, что снаряд с начальной скоростью в 12000 метров в секунду, направленный в сторону Луны, обязательно достигнет её. Поэтому, имею честь предложить вам опробовать пушку и провести испытание.»
В конце концов, снаряд запустился успешно, вот только судьба трех астронавтов осталась неизвестной. Продолжает историю книга «Вокруг Луны», 2-ая часть книги.
«С Земли на Луну» вдохновил многих на создание фильмов. Например, в 1967-ом году вышла Британская научно-фантастический комедия, в которой пушка установлена на склоне Валийской горы. А до этого, в 1902-ом году французы сняли фильм под оригинальным названием «Le Voyage dans la Lune». В 2002-ом году этот фильм был отмечен программой Всемирного наследия ЮНЕСКО. Просмотр этого творения не займет много времени:
Обратно в реальный мир
Как ни странно, произведение известного романиста в серьез обсуждалось в высших научных кругах. Но идею пушечного снаряда своими аргументами вдребезги разбил русский ученый Константин Циолковский. На сегодняшний день именно он считается отцом ракетостроения.
Своими подсчётами он объяснил, что мало того, что пушка должна быть очень длинной, так ещё и человеческий организм не выдержит таких перегрузок. Теоритически, возможно запускать людей в космос таким путем, но они не переживут путешествия.
Парижская пушка.
Об этой идеи забыли на некоторое время. А время настало в Первую Мировую. Тогда немецкие артиллерийские ученые Макс Дрёгер и Фриц Ройзенберг предложили использовать те же принципы для осадного орудия. То есть их огромная пушка была способна бомбардировать французскую столицу с расстояния в 120 километров.
Проект не выстреливал так далеко, как космическая пушка, зато это был первый снаряд, сделанным человеком, который достиг стратосферы. Благодаря правильным расчетам, снаряды преодолели силу Кориолиса.
Пушка, и планы её строительства были разрушены в конце войны, а любое подобное орудие было запрещено Версальским договором.
Война закончилась, но французы продолжили разрабатывать достойный ответ на такую массивную бомбардировку. Одна пушка смогла бы выстреливать сразу несколькими снарядами, к тому же инженеры обещали обеспечить высокую точность. Но, к сожалению, проект даже не достиг стадии разработки к концу войны и все планы были заархивированы. Но это не было концом для этой пушки.
В 1940-ом нацистские войска пересекли всю Францию в поисках этих чертежей, и когда в 1942-ом году поиски наконец увенчались успехом, лучших немецких ученых-инженеров сослали в артиллерийские литейные.
Нацисты боролись с проблемой слишком длинного дула орудия и с увеличением дальности действия, но огромные заряды взрывчатки все время грозили разрушить ствол пушки.
Один из инженеров, Кэндерс, увидел потенциал во французских планах. В соответствии с ними, снаряд бы ускорялся постепенно, а не получал огромный однократный толчок. То есть в пушке должны взорваться несколько зарядов друг за другом. Так он получил зеленый свет от Альберта Шпеера на создание оружия, которое способно было обстрелять Лондон с побережья Кале.
Пушка V-3.
Это стало так называемым «Гитлеровским V-3 орудием». V-орудие состояло из V-1 летающей бомбы, V-2 ракеты (которые впоследствии использовались в ранних опытах НАСА) и V-3 пушки.
Проект V-3 под кодовым названием «насос высокого давления» (дабы скрыть истинный планы) включал в себя 25 орудий, расположенных в крепости Mimoyecques в районе Па-де-Кале. Первая батарея должна была быть готов к стрельбам к марту 1944-го. Орудия должны были быть 105 метров в длину, должны быть направлены в сторону Лондона, а угол наклона их к горизонтам, по расчетам, должен был равняться 50 градусам. Пушки обслуживались подземной железной дорогой и огромным хранилищем боеприпасов.
Союзники ничего не знали о немецких планах и о V-2 ракетах, которые должны были ежедневно бомбардировать британскую столицу. Они определили здание крепости как единственное возможное место для установки бомбардировочных орудий и первыми обстреляли его.
Крепость была полностью уничтожена 6 июля 1944-го года знаменитой 617-ой эскадрилий, которая использовала бомбы с высоким проникающим коэффициентом. В результате массивной бомбардировки сотни рабочих в подземных туннелях были погребены заживо. А в конце войны Черчилль приказал разрушить крепость до основания, это место до сих пор рассматривается, как угроза землям Великобритании. Французы тоже не знали о планах Гитлера. Позже замок восстановили и теперь это музей
Проект V-3 оказался незавершенным. В конце 1944-го года немцы решили воплотить в жизнь хоть часть идей от грандиозного проекта, соорудив две 50-ти метровые пушки, которые использовались у реки Рувер, к юго-востоку от Трира.
Обеспечение боеприпасами такого орудия было затруднено убогим состоянием немецких железных дорог. Первые залпы прозвучали только в конце декабря 1944-го. Первый осколочно-фугасный снаряд приземлились 30-го декабря, второй залп был произведен 11 января. Орудие не считалось эффективным, поскольку от 142 снарядов погибло всего 10 человек и 35 получило ранение. Не очень впечатляющий результат для немецкой «Звезды Смерти». В конце войны пушки разобрали и отправили в США для тестирования. А потом, в 1948-ом, их разобрали окончательно и переплавили.
Новое начало.
После войны артиллерийская инженерия задремала, зато новый толчок получила авиация и космическая гонка. Ракетостроение заняло центральное место в США.
И в те времена в голову канадского инженера Джеральда Булла начали посещать идеи о более рациональном пути отправки людей в космос.
Джеральд был предпоследним ребенком в семье Джорджа и Лаброссы Булл. После смерти матери при родах и нервного срыва отца, его воспитала старшая сестра Бернис. В школу он пошел рано и уже в 16 лет её окончил. В детстве он любил строить модели самолетов собственной конструкции из пробкового дерева. И несмотря на свой молодой возраст, ему удалось убедить руководителей Авиационного Технического Университета в Торонто, принять его.
Несмотря на посредственные оценки, его пригласили в совершенно новый Институт Аэронавтики благодаря личной рекомендации его руководителя, Гордона Паттерсона, который чувствовал, что отсутствие академических талантов восполниться его энергией.
После успешного конструирования сверхзвуковой аэродинамической трубы (редкое и передовое устройство в те времена), он закончил учебу в 1950-ом и переехал для работы в Канадский Оружейный и Исследовательский Институт, где в то время занимались исследованиями сверхзвуковых технологий, ракет, снарядов и других проектов.
1 апреля 1961-го года он ушел в отставку, когда развязался очередной спор с начальством. В отчетах организации было сказано, что «… буйный характер и сильная неприязнь к администрации, а также бумажная волокита привели к серьезному недопониманию».
Но отставка не была проблемой. Вскоре, Булл был принят на работу в Университет МакГилла. Он быстро превратил местную кафедру инженерного дела в ведущий отдел в сфере изучения аэронавтики. Благодаря его трудам, появилась баллистическая лаборатория на границе США и Канады.
Порвав все связи с руководством, он, тем не менее, поддерживал контакт со своими бывшими коллегами. В дуэте с Артуром Трюдо, директором Военного центра Исследований и Развития США, они исследовали возможность использования ракетных орудий для поставки грузов в космос или, хотя бы, до орбиты Земли.
Проект HARP
В ВМС США на вооружении линкоров стоят 16-тидюймевые пушки. Управление военно-морских сил заплатило Буллу, Мерфи и Трюдо за их реконструкцию. Их контракт составил всего 2000$. А проект назвали HARP - сокращение от “high altitude research program”.
Но возникло несколько проблем, одна из которых исследовательская площадка Булла не была способна выдержать новые сверхтяжелые пушки. И станцию перенесли на Барбадос в Карибском море. Это было идеальное решение, во-первых, потому что непосредственная близость к экватору позволяла достигать второй космической скорости с меньшим сопротивлением, а во-вторых, отличная тактическая позиция.
Станция юридически принадлежала университету МакГилла в течении долгого времени, а Буллу предстояло встретиться с премьер-министром Барбадоса, Эрролом Барроу, которому нужно было убедиться в мирных целях будущей станции, чтобы разрешить ещё одной стране построить на территории его острова пушку для запуска предметов в космос.
Барроу вытянул из Булла 200000 долларов, дав добро на новую космическую пушку. Так обедневшая казна нации пополнилась, а Барроу впоследствии выступал самым ярым сторонником этого проекта, который реализовали в Фол-Бей, на юго-восточном берегу острова.
Пушку доставили к острову летом 1962-го, но из-за неровности береговой линии её не смогли доставить сразу к месту. Вместо этого, её выгрузили чуть дальше по побережью, а далее по плану была транспортировка по суше. Сотни местных жителей были задействованы в ней. Заложили временные железные пути, но в наличии оказалось только 450 метров рельсов. И после того, как состав доезжал до последнего рельса, путь демонтировали и прокладывали дальше.
К концу лета пушку доставили к месту назначения, где также было построено множество вспомогательных сооружений. Во время подготовки первого тестового выстрела, разразился Карибский кризис. Несмотря на довольно мирные цели этой станции и отдаленность от центра волнений, пришлось приостановить проект, поскольку станция не могла не привлечь внимание СССР. К счастью, все разрешилось мирно.
Пробное испытание
20 января 1963 года прогремел первый выстрел. 315-ти килограммовый снаряд из дерева поднялся на высоту в 3000 метров над поверхностью Земли, пробыл в воздухе 48 секунд и упал в километре от пушки. Это был успех. После ещё двух тестовых залпов стали готовиться к выстрелу реальным снарядом.
Этот снаряд назвали Мартлет-1. Название он получил в честь мифической птицы на гербе Университета МакГилла. Мартлет-1 пролетел 26 километров за 145 секунд.
Пару дней спустя, второй снаряд Мартлет поднялся на 27 километров с радиопередатчиком на борту, который позволил команде ученых отслеживать снаряд на протяжении всего полета.
Но первые тесты показали, что пушечный порох, используемый в таких огромных объемах, был плохого качества и не успевал полностью сгорать. Порох заменили, и в июне того же года был достигнут мировой рекорд высоты в 92 километра.
Но это было не для простого удовольствия, или чтобы поиграться. Мартлет был оснащен электроникой, химическими маркерами, которые на определенных высотах вступали в действие, оставляя дымный след для измерения ветров в верхних слоях атмосферы, для измерения магнитных полей и т.п. Булл позднее писал:
«Идея заключалась в исследовании процессов атмосферы на протяжении дня и ночи. Мы проводили метеорологические исследования для армии США. Мы хотим исследовать абсолютно все, что находится до высоты в 200 километров, вернув, таким образом, свои деньги.»
Финансирование было увеличено, что только подогрело интерес Булла. Он намеревался выстрелить прямо в космос. Увеличив длину ствола пушки, улучшив состав пороха, 18 ноября 1966-го года Мартлет-2 достиг высоты в 180 километров, установив тем самым мировой рекорд, не побитый никем до сих пор.
Скорость снаряда была меньше той, что требуется для достижения околоземной орбиты. Булл намеревался продолжать свою задумку, сконструировав более сложные Мартлет-3 и Мартлет-4. Это уже были миниатюрные ракеты с собственными двигателями. Но политическая оппозиция армии США взяла вверх и запретила проводить запуски выше 100 километров. Это означало прекращение финансирования американским правительством. Надежда ложилась на Канадские доллары.
Отношение общественности, отзывы в СМИ, критика со стороны научного сообщества и смена руководства привели к сокращению бюджета. Даже патриотические аргументы, вплоть до возведения канадского флага на орбите, не смогли спасти бедственное положение.
Так в 1967 году закончился проект HARP.
Космическая исследовательская корпорация.
Правительство обеих стран хотели полностью демонтировать пушку и все сооружения, но у Булла был козырь в рукаве. Пункт в его контракте требовал от университета вернуть все испытательные полигоны по окончании проекта в исходное состояние, что означало превращение крупного научного объекта в скудную землю с тремя пальмами. Миллионы долларов были потрачены напрасно?
Булл предложил решение: все, что он создал, должно было перейти в его собственность. Ничего другого не оставалось, кроме как согласиться. С новыми ресурсами и без давящего руководства, Булл основал Космическую Исследовательскую Корпорацию.
Корпорация нуждалась в деньгах, поэтому сразу же подписала контракт с канадским и американским правительством на разработку артиллерийского оружия, а запуски в космос пока отошли на второй план. Булл работал в качестве артиллерийского консультанта на протяжении всего 7-го десятилетия 20-го века. Он поставлял оружие в США, Израиль и Южную Африку. Из-за частых конфликтов на «Черном» континенте и возросшей критикой общества, Булл был арестован за незаконную торговлю оружием. Он признался в преступлении, и был приговорен к нескольким месяцам тюремного заключения, вместо ожидаемого штрафа.
После освобождения, он переехал в Брюссель для работы с Китайской Народной Республикой и Ираком. После пары иракских проектов оружейных проектов, он решил, что настало время вернуться к прежним мечтам. В 1988-ом году он сумел убедить Саддама Хусейна, что Ирак никогда не станет настоящей державой без возможности космических запусков. Ученый поделился своими знаниями о проекте HARP и помог построить пушку.
Хуссейн заинтересовался и дал зеленый свет. В итоге появилась 156-ти метровая пушка, весом в 2100 тонн и диаметром в 1 метр. Она была разработана для запуска 2-ухтоннго снаряда на земную орбиту.
Но иракцы видели маниакальное стремление Булла реализовать свои мечты, касающиеся космоса и, в связи с этим, добавили условие: Булл обязался сконструировать и развить ракеты дальнего действия. Этот план назвали «проект Вавилон».
Проект Вавилон
Первая пушка, названная «дитя Вавилона», была установлена горизонтально. Её ствол был длиною в 46 метров. Снаряд выстреливал на 750 километров. Ствол был похож по размерам на пушку V-3, которая угрожала снести весь Лондон во время Второй Мировой войны. Но «Вавилон» не представлял серьезной угрозы Израилю, так как был неподвижным.
Вторая пушка «Большой Вавилон» была внушительных размеров – целых 156 метров. Она привлекла пристальное внимание военных Ирана и Израиля - давних соперников Ирака. Хотя, стрельба из такого орудия была ограниченной, а сами снаряды летели довольно медленно, пушку все равно воспринимали как реальную угрозу.
Пока шла работа над проектом «Большой Вавилон», Булл параллельно работал над своей давней мечтой. В ходе работы его квартира несколько раз взламывалась, но ничего не было украдено. Несколько месяцев спустя, 20 марта 1990-го года ему в дверь позвонил неизвестный и выстрелил пять раз в голову в упор.
Официальная история такова, что это был израильский агент Моссад, который впоследствии распространял дезинформацию о том, что Булл был застрелен иракскими агентами. Другие теории возлагают ответственность за убийство ученого на иранцев, ЦРУ, МИ-6, чилийское или южноафриканское правительство. Создавая и продавая оружие чуть ли не всем подряд, Булл нажил себе немало врагов.
Проект Вавилон продолжался несколько месяцев после смерти ведущего ученого, но в апреле 1990-го года британская таможня конфисковала некоторые отправляемые из страны части пушки. Некоторые сегменты строились в Великобритании, Испании, Нидерландах и Швейцарии, а отправлялись в Ирак как «капсулы для нефтехимических веществ под давлением».
Опасаясь за свою безопасность, большая часть персонала вернулась в Канаду, и проект застопорился. После войны в Персидском заливе в 1991-ом году Хуссейн признал существование проекта «Вавилон». Оставшиеся части пушки были уничтожены инспекторами ООН, так ни разу и не выстрелив.
В 1995-ом году американской телевидение приготовило фильм под названием «Оружие Судного Дня» о жизни Джеральда Булла и его исследованиях, включая проект «Вавилон». Вы можете легко посмотреть этот фильм на YouTube, а история жизни Булла стала отправной точкой для романа Фредерика Форсайта «Кулак Аллаха».
Проект SHARP ("Super High Altitude Research Project")
Пока Булл в 1980-х совершал судьбоносные сделки с Хуссейном, другая команда исследователей претворяла свои планы в жизнь в Ливерморской Национальной лаборатории в Калифорнии.
Этот проект возглавлял ученый по имени Джон Хантер. Он вступил в игру в 1985-ом году, пытаясь отыскать способ запуска баллистических ракет с помощью электромагнитной пушки. Тогда он и понял, что газовая пушка придаст снарядам ещё большую скорость, чем это мог дать пороховой взрыв.
Такая пневматическая пушка основана на таких же принципах, как газовый пистолет. Газ освобождается под высоким давлением и отправляет снаряд высоко в космос.
Она начала работать в 1992-ом году, через год после смерти Булла. В то время это было крупнейшее устройство. Пушка имела 130 метров в длину. Теоретически, пушка была способна придать снаряду весом в 5 килограмм скорость, равную 14000 километрам в час.
Во время тестирования, смогли достигнуть только отметки в 10800 км/ч. Поэтому открылась перспектива сооружения более длинной пушки, которую назвали «Жюль Верн». «Жюль Верн» предполагался длиною в 3,5 километра и требовал миллиарды долларов. Финансирования не последовало, Хантер покинул проект, и пушку приобрела DAPRA.
Quicklaunch (Быстрый запуск)
Хантер переезжал из проекта в проект: участвовал в строительстве водонапорных станций на границе между Мексикой и Америкой, проектировал Кольцо Циклона Zing Blaster, был занят в сфере детских игрушек, но как и Булл, зациклился на запуске снарядов в космос. В 2009-ом году основал компанию Quicklaunch.
По его идее, Quicklaunch – это пушка, которую намеривались установить ниже уровня моря. Дуло пушки планировалось в 1.1 километр. В запале использовался водород в качестве рабочего газа и метан, как взрывной источник.
По утверждению компании, потребуется всего 10 минут, чтобы нагреть газ и запустить снаряд. Конструкция должна была придать снаряду начальную скорость в 6 км/с. Однако, скорость быстро уменьшается, когда снаряд попадает в атмосферу.
Позже было принято инновационное решение: вместо простой капсулы в пушку помещают ракету, придают ей начальную скорость, а потом она подключает свои двигатели, пока не достигнет орбиты. Примечательно, что стоимость доставки груза на околоземную орбиту за килограмм составляет у Quicklaunch 1100$, в то время как SpaceX’s Falcon 9 берет за свои услуги 4100$, 10 500$ - Europe’s ARIANE 5 и 13 200$ - NASA AtlasV.
Дешевая стоимость в сочетании с высокой производительностью (до 5 раз в день), делает данный способ отправки грузов идеальным. Но об отправках человека таким путем в космос говорить рано, потому что уровень перегрузок слишком велик. Человек бы при старте сжался в два раза. Как сказал Хантер в интервью журналу PopularScience в 2010-ом году: «… и это было бы действительно быстро!».
К сожалению, этот проект заглох. В 2012-ом году компания исчезла, даже домен сайта перешел в другие руки, а страница в Фейсбуке не отвечает на какие-либо попытки связаться с автором. Между тем, кажется, что Хантер разработал новую игрушку – полеты на Луну.
Сейчас, у компании статус «active» на бизнес форуме в Калифорнии, так что смею предположить, что сейчас они ищут инвесторов.
Космические пушки сегодня
Quicklaunch – это всего лишь одна компания, занимающаяся запуском грузов в космос. Есть альтернативный вариант – проект Startram, на вооружении которой технология магнитной левитации.
На сегодняшний день, ни одна пушка не достигла такого же успеха, как орудие в проекте HARP, запустившее снаряд на высоту 180 километров.
Ракеты остаются самым надежным и эффективным способом доставки людей и грузов в космос. Остальные варианты являются идеальными только в вопросе пополнения запасов сырья и т.п.
Так сможем ли мы когда-нибудь стрелять людьми в космос?
Copyright сайт © - Марсель Гарипов по статье с medium.com
Вы это искали? Быть может это то, что Вы так давно не могли найти?