вернёмся к началу?


Обзор наших ранних работ в области ракетостроения должен был сделать на данном симпозиуме мой отец — генерал Гаэтано Артуро Крокко, хорошо известный в мире аэронавтики как человек, внесший незаурядный вклад в развитие авиации (начиная с 1904 г.), а также как один из пионеров ракетной техники. Ввиду своего весьма преклонного возраста (ему сейчас 90 лет) он не смог взять на себя эту задачу, и тогда она была возложена на его сына, его ближайшего сподвижника в течение первого этапа работы.

В аспекте объективно историческом наши исследования твердотопливных и жидкостных ракет (и в смежных областях) дали довольно интересные результаты, особенно если учесть, что в 1927 г., когда были начаты наши исследования, научной разработке этой проблемы во всем мире уделялось очень мало внимания; ею занимались (главным образом эмпирически) изобретатели, обладавшие скорее богатым воображением, чем необходимой научной подготовкой (хотя, конечно, были и достойные внимания исключения). К сожалению, ни одна из наших работ в то время не могла быть опубликована по цензурным соображениям соблюдения секретности. Как ни странно, но и заказчику никогда не представлялись внутренние отчеты об исследованиях. Отношения с ним ограничивались словесным изложением результатов¹, так что документация о наших исследованиях носит сугубо частный характер. Это, например, дневники моего отца или мои собственные записи, в частности внутренний отчет, который я написал в 1935 г., суммируя результаты проведенных к тому времени исследований. Несколько пунктов из отчета я использовал для очень короткого сообщения, появившегося в 1950 г. в «Журнале Американского ракетного общества» [1]. Надеюсь представившаяся мне возможность изложить здесь этот материал поможет восполнить недопустимый пробел в литературе о работах пионеров пионеров ракетной техники.
¹Действительно, в то время сама идея заказываемых научных исследований была абсолютно чужда военным организациям; отсутствовали какие-либо правила, которые определяли бы наши особые отношения с заказчиком.

Все началось следующим образом. Мой отец всегда принадлежал к тем ученым, для которых практическое применение результатов их научных исследований столь же важно, как и само исследование; он интенсивно работал в обоих направлениях: проводил исследования и занимался изобретательством в области аэронавтики в течение многих лет, в том числе и во время первой мировой войны, когда являлся офицером итальянской военно-инженерной службы.

В конце войны, убежденный, как и многие другие, в том, что время войн кончилось (увы, трижды увы!), мой отец вышел в отставку и приступил к интенсивной работе в промышленности, что в то время означало деятельность, не связанную с аэронавтикой. Тем не менее он не переставал думать и работать в свободное время над новейшими концепциями аэронавтики и реактивного движения, ставшими его хобби; действительно, некоторые из опубликованных послевоенных работ Г. А. Крокко [2—6] свидетельствуют о его горячем интересе к ракетостроению и сверхзвуковым полетам.

В 1927 г. отец прочел закрытую лекцию для членов генерального штаба, возглавлявшегося тогда генералом Бадольо, о возможностях военного применения ракет с неограниченными конечными скоростями по сравнению с принципиально ограниченными конечными скоростями в артиллерии; Бадольо, совершенно потрясенный, выделил ему из своего секретного фонда 100 тыс. лир (5000 долларов) для научных исследований и создания ракет на твердом топливе.

Будучи лицом штатским² и не имея лаборатории для проведения исследований, мой отец подписал соглашение с одной из наиболее передовых итальянских фирм по производству взрывчатых веществ — «Бомбрини-Пароди-Дельфино» (BPD); он мог бесплатно проводить эксперименты в сотрудничестве с техническим директором этой компании д-ром Маренко, используя ее оборудование и материалы. Отец должен был поставлять для этой работы оборудование и топливо лишь в тех случаях, когда фирма BPD ими не располагала.
²Вскоре мой отец был приглашен на кафедру аэронавтики создававшегося при Римском университете Училища авиационной техники.

Какое топливо и как его применять?
Выбор топлива — первый очень важный шаг в работе. Конечно, артиллеристами были давно изучены многие виды взрывчатых веществ, но в диапазоне давлений, характерном для орудий, а не для ракет. Очень мало или почти ничего не было известно о том, как ведет себя обычный ружейный порох под давлением менее 100 атм. Возможно, именно по этой причине или из-за отсутствия достаточного образования многие пионеры ракетостроения черпали свои идеи скорее из весьма эмпирических положений пиротехники, чем из артиллерийской науки³. Здесь хотелось бы добавить, что фактически их интуиция оказалась не так уж плоха: в наши дни совершенно ясно, что почти все проводимые научные исследования в области ракетных двигателей на твердом топливе развиваются по пути, который принципиально исходит скорее из опыта пиротехники, чем из данных артиллерийской науки. Мой отец, как ученый, тяготел более к ясным знаниям об артиллерийских порохах, чем к туманным домыслам о фейерверках, и его выбор, естественно, тут же пал на двухосновные пороха.
³Примечательным исключением из данного правила явилось предложение одного итальянского пионера ракетной техники использовать динамит. Возможно, это предложение было предшественником проекта «Орион» — прим. автора.

Второй шаг состоял в том, чтобы решить, как надо использовать этот порох для обеспечения относительно более продолжительного периода его сгорания в ракетах по сравнению с орудиями. Сразу стало ясно, что путь к этому лежит в получении возможно большего размера пороховых шашек, особенно с постоянной поверхностью горения. Однако значительные преимущества, которые могли быть достигнуты в случае горения лишь по части поверхности шашек, не ускользнули от пытливого взора моего отца, и он решил работать в обоих направлениях.

Первые испытания
двигателей на твердом топливе в фирме BPD

Первые серии испытаний были проведены моим отцом в 1927—1928 гг. в BPD совместно с д-ром Маренко. Я являлся вторым (не оплачиваемым) сотрудником. Мне исполнилось тогда 18 лет, и то были первые студенческие годы моего обучения на машиностроительном факультете университета.

Первая камера, сконструированная для проверки описанных выше идей, показана на рис. 1. Зажигание топлива С происходило от воспламенительного заряда с, когда механизм р — m разбивал капсюль. Продукты сгорания истекали через сопло F, с противоположной стороны. Камера была рассчитана максимально на 0,1 кг топлива. При общем объеме камеры 600 см³ максимальное взрывное давление в ней могло достигнуть 2000 атм, а толстые стенки были рассчитаны на 4000 атм (предел упругости). Кроме того, выходной участок сопла был сконструирован так, что отрывался при 1000 атм. Все эти меры предосторожности были, конечно, необходимы, поскольку испытания проводились впервые и проходили на открытом испытательном стенде, перед нашими глазами. Действительно, во время предварительных испытаний отрывное сопло не раз выполняло свою предохраняющую функцию. Камера могла свободно перемещаться вдоль оси на роликах, усилие тяги передавалось на поршень Р₃, сжимающий масло. И давление в камере, и тяга регистрировались на вращающемся барабане посредством снабженного двумя дорожками механического манографа такого типа, какой применяется в газовых двигателях.

Предварительные испытания проводились, однако, без манографа; единственным прибором был крешер С_т позволявший определять максимальное давление. Были предприняты многочисленные попытки найти надежное связующее для двухосновного цилиндрического заряда и латунной гильзы В в которой он находился, чтобы воспрепятствовать воспламенению всей поверхности заряда, кроме торцевой. Эти попытки потерпели неуда чу, так как не была обеспечена необходимая надежность: из-за плохого связующего сильные скачки давления достигали величины, вызывавшей срабатывание отрывного соплового конца. Стало ясно, что ограничение поверхности горения было слишком ненадежным, и мои отец решил сосредоточить внимание на разработке зарядов с неограниченным горением.

Рис. 1. Первая камера для испытания твердого топлива: А — общий вид; Б — схема устройства

В качестве топлива при первых испытаниях был выбран кордит, который можно было легко достать (причем в виде шашек требующегося размера) в морском арсенале ⁴.
⁴Мы выражаем благодарность Смитсонианскому институту за предоставленную возможность ознакомиться с печатными материалами, использованными в данном докладе.

Состав кордита (в %) Нитроглицерин .... 25 Нитропеллюлоза ... 62 Вазелин ....... 5 Нитрат бария ..... 8 Итого ....... 100

Рис. 2.
Гильза с зарядом

Были использованы трубчатые заряды С наружным диаметром 21 мм и внутренним диаметром ~ 7 мм. Они свободно входили в латунную гильзу В (рис. 2) и удерживались в ней держателем g. Воспламенитель с представлял собой смесь из 2 г баллистита и 1 г черного пороха. Поскольку воспламенитель был помещен по ходу истечения продуктов сгорания основного топлива, то для лучшего распространения пламени в канал основного заряда были вставлены три тонкие полоски баллистита. Чтобы обеспечить регулярное воспламенение (оно было еще недостаточно отработано) , после первого испытания в сопло установили разрывную предохранительную диафрагму (см. рис. 2), которая закрывала камеру сгорания, пока давление не достигало расчетной величины давления разрыва диафрагмы. Примененные при этих испытаниях сопла имели критическое сечение диаметром 7—8 мм.

Рис. 3. Графики зарегистрированных значений давления: а—нормальные, б — иррегулярные, в—разброс с отклонениями от нормы

На рис. 3 показаны три характерных типа записей зарегистрированного давления. Одни из них вполне «нормальные» (а), другие показывают давление довольно иррегулярное (б), а третьи явно «анормальные» (в).

Причиной отклонений можно считать недостаточную эффективность держателя заряда; действительно, улучшение конструкции этой важной детали привело к полному устранению таких анормальных давлений, тем не менее в результате многочисленных опытов стало ясно: установившееся давление не было стабильным и могло соответственно меняться от испытания к испытанию (гораздо больше, чем показано на рис. 3, а) из-за разбросов давления разрыва диафрагмы, величины критического сечения сопла или размеров шашек заряда.

Разброс данных зарегистрированной продолжительности горения даже при одинаковом давлении (ясно видно на рис. 3, а) был обусловлен отклонениями в скорости вращения барабана. Этот дефект прибора препятствовал точному определению скорости горения и удельного импульса при каждом испытании. Величина удельного импульса колебалась в пределах от 150 до 170 сек.

На основе этих результатов была сконструирована и пущена небольшая ракета (рис. 4), стабилизированная хвостовым оперением. Соответствующий заряд был испытан в камере (рис. 5), где могло быть записано только давление.

Испытывавшаяся более крупная ракета (тоже с аэродинамической стабилизацией) и ее пусковая установка представлены на рис. 6; заряд состоял из трех трубчатых шашек общим весом 300 г и был испытан в камере (рис. 7), где также измерялось только давление.

На рис. 8 сопоставлены три графика давления, полученные в этой камере и соответствовавшие одному и тому же номинальному давлению разрыва диафрагмы в 100 атм. Видна невоспроизводимость уровня давления, поэтому стенку ракеты пришлось сделать довольно толстой, однако не настолько, чтобы пренебрегать ее перегревом. Для предотвращения перегрева стенки камеры между нею и топливом был проложен тонкий слой асбестовой изоляции.

Основным недостатком, наблюдавшимся при пуске ракет обоих типов, была недостаточная точность их траектории. Это происходило из-за беспорядочного поперечного смещения центра массы, обусловленного беспрепятственным поперечным перемещением трех трубчатых пороховых шашек при уменьшении их диаметра. Чтобы ограничить это перемещение, мы предусмотрели стабилизацию ракеты посредством ее вращения вокруг своей оси, сообщив, например, ракетодержателю — перед зажиганием — большую скорость вращения (такая пусковая установка показана на рис. 9). Весь ракетодержатель приводился во вращение от электродвигателя. Кроме того, три наклонных сопла обеспечивали тангенциальную составляющую тяги после пуска.

Рис. 6. Крупные ракеты (три трубчатые пороховые шашки) со стабилизи- рующим оперением

Обратите внимание на то, что разрывные диафрагмы здесь заменены срезающимися штифтами г, которые надежно прижимают концевую плиту к выходной части сопел, пока не будет достигнуто заданное давление.

В другом варианте ракеты, стабилизируемой вращением, начало вращательного движения достигалось при помощи быстро воспламенявшегося заряда, размещенного в кольцевой камере вокруг одиночного выхлопного сопла. Зажигание этого заряда производилось непосредственно перед воспламенением основного заряда, а выхлопные газы истекали через небольшие тангенциальные сопла. Точность траекторий ракет, стабилизируемых вращением, была не выше, чем ракет, стабилизируемых оперением.

Рис. 8. Записи давления, полученные в камере для испытания крупных ракет

Рис. 9.
Схема пусковой установки
для ракет, стабилизируемые
вращением

Дальнейшие исследования твердого топлива
в самолетостроительном предприятии SCA

В конце 1928 г. моего отца призвали из резерва снова на военную службу в чине генерала, ему было предложено возглавить Управление конструкторских работ Министерства аэронавтики⁵. Это обстоятельство имело два последствия для нашей программы исследований по ракетным двигателям.
⁵Одновременно он продолжал свою преподавательскую деятельность как профессор Училища авиационной техники.

С одной стороны, возможности Министерства аэронавтики позволили нам продолжить наши исследования, с другой стороны, моего отца сразу же заняли более насущные проблемы. Первое означало очень приятное улучшение нашего положения, особенно если учесть, что 100 тыс. лир, предоставленных генеральным штабом, были почти израсходованы. Второе следствие, наоборот, явилось ударом если не по главным аспектам исследований, то по будущему энергичному развитию прикладного их применения.

В самом деле, теперь я остался практически один и должен был нести ответственность за проведение наших исследовательских работ; отец мой мог уделять им лишь немного времени вечерами, когда мы дома обсуждали наши проблемы. Поскольку я всегда был занят преимущественно теоретическими вопросами, они, естественно, превалировали над более прикладными.

Следует добавить, что из-за своих учебных занятий я, конечно, не мог сосредоточить все внимание на исследовательской программе. Частично эксперименты проводились в Риме, в изолированном помещении из двух комнат, которое было специально предназначено для этих испытаний самолетостроительным предприятием SCA на проспекте Джулио Чезаре. При помощи сеньора Лаги — отличного специалиста старой школы — я впервые провел там серию сравнительных испытаний в камере, показанной на рис. 1 (она использовалась, однако, в качестве камеры постоянного объема—при закрытом сопле); сопоставлялись трубчатые заряды кордита, применявшегося в то время, и новый двухосновной порох, используемый в морском флоте,— так называемый порох С следующего состава (в %):

Нитроглицерин Нитроцеллюлоза Вазелин Бикарбонат натрия Итого

23,5 70,5 5 1 100

Первое ожидаемое преимущество зарядов из пороха С над кордитом состояло в более постоянных размерах получаемых шашек ввиду особенностей технологического процесса их изготовления; в самом деле, при изготовлении кордита выпаривался растворитель, который вводили, чтобы обеспечить необходимую пластичность; во время сушки шашки давали усадку, это приводило к неровности их поверхности и отклонениям в размерах. Необходимая пластичность зарядов из пороха С достигалась проведением операций при 100° С, без растворителя; при этом законченное изделие имело совершенно ровную поверхность и довольно постоянные размеры. Второе ожидаемое преимущество заключалось в том, что вследствие изменения состава зарядов должна быть достигнута меньшая чувствительность скорости их горения к величине давления. Действительно, я пришел к выводу, что разброс величины установившегося давления происходит как из-за неправильной геометрической формы шашек из кордита, так и его высокой чувствительности к величине давления. Простые расчеты, включенные в мой доклад 1935 г., показали, например, что отклонения размеров трубчатых зарядов в пределах ±5% (т. е. ±0,5 мм на радиус — вполне реальные для кордита отклонения) приведут к разбросу установившегося давления от 30 до 186 атм при номинальном давлении 100 атм, если скорость горения пропорциональна 0,875 степени давления, И к разбросу лишь от 82 до 119 атм, если она пропорциональна 0,625 степени давления.

Результаты испытаний при постоянном объеме приведены на рис. 10 и 11. На первом показано давление, полученное при разных количествах двух типов топлива: по меньшей кривизне графика пороха С сразу видно, что чувствительность к изменению давления уменьшилась.

График зависимости конечных давлений от веса зарядов (см. рис. 11) показывает, что, с другой стороны, эффективность кордита и пороха С почти одинакова; для обоих видов пороха она уменьшается при понижении давления, причем отношение давления к плотности соответствовало степенному закону Р^0,25 в диапазоне давлений при этих испытаниях.

Следующие испытания пороха С в камере, изображенной на рис. 1, с выхлопным отверстием диаметром 7 мм убедительно подтвердили превосходство этого вида топлива над кордитом.

Рис. 10. Давление в закрытой камере при испытании кордита и пороха С

Рис 11. График конечного давления (при постоянном объеме камеры) в зависимости от веса зарядов кордита и пороха С Рис. 12. Графики зарегистрированного давления при испытании пороха С: а — в испытательной камере, представленной на рис.1; б — в испытательной камере, представленной на рис.5

Рис. 13.
Схема камеры для эксперимента
с тремя трубчатыми шашками

Рис. 14. Схема маятникового устройства с камерой (вид спереди) На рис. 12, а, например, приведены записи давления, характерные для остальных испытаний. На рис. 12, б показана запись, полученная в маленькой испытательной камере (см. рис. 5), которая одна изо всех примененных камер позволяла допустить самую высокую плотность заряда—0,71 кг/дм3 (плотность заряда в камере, представленной на рис. 1, составляла ~0,17 кг/дм3, а в описываемой далее камере—0,54 кг/дм3). Отлично проведенные испытания вдохновили нас на создание новой испытательной камеры, рассчитанной на 300 г заряда (рис. 13). В целях безопасности к ней была присоединена еще камера S с большим объемом, что обеспечивало дополнительную емкость для газов в случае, если давление превысило бы 500 атм и разорвало диафрагму R. Но эта мера предосторожности оказалась излишней благодаря большой тщательности проведения испытаний. Камера В была подвешена так, чтобы можно было измерить тягу, как показано на рис. 14. Величины скорости горения, полученные в результате описанных испытаний двух видов топлива, приведены на рис. 15 и 16. Разброс измеренных величин происходил в значительной степени из-за плохой работы записывающего барабана. Скорость горения кордита в большей или меньшей степени следовала степенному закону P0,75-0,78. Для пороха С наилучшие результаты были достигнуты при показателе степени 0,53.

Было также проведено несколько теоретических работ. На рис. 17 и 18 показаны, например, результаты применения разработанной методики подсчета распределения давления в канале трубчатого заряда при скорости горения давления в канале трубчатого заряда при скорости горения δРⁿ.

Рис. 15. График зависимости скорости горения кордита от давления
Рис. 16. График зависимости скорости горения пороха С от давления
Рис. 17. График теоретического распределения внутреннего давления в трубчатых зарядах со скоростью горения, пропорциональной р
Рис. 18. График теоретического распределения внутреннего давления в трубчатых зарядах со скоростью горения, пропорциональной p1/2

Коэффициент
где
 δ   — плотность топлива;
r — радиус отверстия, принимаемый как постоянная величина;
Т — температура газа на поверхности горения;
R и  γ — общепринятые обозначения.

Расстояние от среднего сечения канала обозначено буквой s. Крайние точки на каждой кривой соответствуют условиям запирания потока на двух концах канала (так я впервые столкнулся с огромной важностью числа М = 1 даже в приложении к горению). Запирание потока наступает при определенной длине заряда, при отклонении от которой не существует однозначного решения задачи, давление в канале должно постоянно повышаться. Сначала мне казалось, что это было важной находкой; я был разочарован, когда высчитал, что для реальных зарядов при n =1,0 (см. рис. 17) максимальная величина по оси абсцисс равна 1, а при n = 0,5 составляет 3 (см. рис. 18). Таким образом, фактические условия течения были далеки от тех, при которых происходит запирание потока.

К концу 1929 г. исследования ракет на твердом топливе были приостановлены, началась новая фаза в наших исследованиях, более подходившая для возможного применения в будущем при решении проблем аэронавтики и сверхзвуковых полетов.


Исследование ракетных двигателей
на двухкомпонентном топливе

Эта часть наших исследований также частично была субсидирована генеральным штабом, предоставившим новые ассигнования из секретных фондов. Мой отец обсудил с проф. Франческо Джордани — выдающимся химиком, авторитетным в итальянском научном мире, ассортимент жидких топлив. Исходя из соображений практики, предпочтение было отдано топливам, которые можно было долго хранить; наш выбор пал на бензин в качестве горючего и четырехокись азота в качестве окислителя, так как они были дешевы и доступны. Рассматривалась также и концентрированная азотная кислота, но вставала проблема изготовления баков, более трудно разрешимая, чем при использовании четырехокиси азота. Нельзя забывать, что нержавеющая сталь тогда только появилась и технология ее производства находилась еще в зародыше.

Отец решил, что для моей работы с опасными химикалиями мне необходима помощь химика, и пригласил на работу д-ра Коррадо Ланди, с которым я действительно сотрудничал около двух лет. Он занимался поставкой топлива, а я работал над конструкцией камеры сгорания. Мой отец наблюдал за работой и помогал советами в свободное от его основных занятий время.

Рис. 19. Камера экспериментального двигателя на жидком двухкомпонентном топливе

Был выбран самый обычный вытеснительный тип системы подачи топлива, но требовалось изготовить специальные баллоны из чистого алюминия для четырехокиси азота в связи с коррозийностью. вызываемой остатками воды. Камера схематично показана на рис. 19⁶. Она имеет некоторые черты современных камер, например, регенеративное охлаждение и форсуночную головку со сталкивающимися струями. Сопло и сужающаяся часть камеры сгорания охлаждались горючим (охлаждающие проходы J), остальная часть камеры охлаждалась окислителем (охлаждающий тракт S). Расход топлива регулировали вручную при помощи клапанов R_p а R_o, расположенных у входа в охлаждающие тракты. Из охлаждающих каналов компоненты топлива поступали в форсунку I, состоявшую из трех концентрических кольцевых впрыскивающих отверстий (среднее отверстие р предназначалось для подачи горючего, два других — о — для окислителя), и превращались в три соударяющихся струи. На рисунке показано необычное применение тугоплавкой втулки Z для уменьшения количества тепла, поступавшего к стенке камеры. Втулки изготовлялись из двуокиси циркония ввиду высокой температуры его плавления.
⁶Сборочный чертеж этой камеры был опубликован в «Journal of the ARS», 1950, № 80, p. 40, рис. 7. Заслуга создания конструкции этой камеры, пригодной для практического использования, как и всего остального оборудования, которое будет описано далее, принадлежит инженеру Джузеппе Гарофоли.

Камера была выполнена из нержавеющей стали. Для сопла я выбрал американскую сталь, так как она подходила для сварки (по паспорту, по крайней мере; была применена электродуговая вольфрамовая сварка, но сварные швы оказались пористыми и причиняли массу неприятностей). Камера без сварных швов (этим объясняется сложность конструкции; надо было создать герметичную камеру) была изготовлена из заготовок из нержавеющей стали «Кони», из этой же стали была изготовлена и форсунка. Величину давления в камере и давления впрыскиваемого топлива показывали манометры, изображенные на рисунке. Камера была смонтирована на роликах (рис. 20), чтобы можно было непосредственно измерять тягу, которая по расчету составляла ~ 1250 г при давлении в камере сгорания 10 атм. Процесс воспламенения был довольно сложным. Сначала небольшой газовый факел v вводился в соответствующий канал в стенке камеры. Затем вспомогательной системой питания под небольшим давлением подавались через топливные клапаны пары компонентов топлива. Потом факел убирали, и давление паров постепенно увеличивали до тех пор, пока давление в камере не достигало заметной величины. Затем легко осуществлялся переход на жидкое топливо.

Эта камера была успешно испытана к концу 1930 г. д-ром Ланди и мной в комнате, которая находилась во дворе химического института при Римском университете, тогда помещавшегося на улице Панисперна. Эта комната была любезно предоставлена нам директором института проф. Николо Парравано по просьбе моего отца. Я думаю, решение отца не проводить испытаний в лабораториях Министерства аэронавтики было продиктовано нашим заказчиком — генеральным штабом.

Рис 20.
Схема
экспериментального двигателя

В течение 10 мин. испытаний наше возбуждение росло и достигло апогея к моменту благополучного завершения эксперимента. В своем волнении мы и не заметили ужасного шума, который производили (без предупреждения) в этом мирном дворике, где обычно проходили в основном бесшумные химические исследования. Какая же была резкая перемена, когда шум смолк и мы услышали громкий голос, спрашивавший, что за дьявольщина происходит у нас. Бросившись к окнам, мы увидели сердитые, озадаченные лица профессоров Парравано, Мальквори и Де Карли, стоявших у своих окон. Явно нарушая секретность, мы были вынуждены изложить проф. Парравано техническую причину такого оглушающего шума, после чего Парравано имел беседу с моим отцом, и они пришли к выводу, что испытания следует перенести в более подходящее место.

Несколько недель спустя, во время работы в лаборатории, с д-ром Ланди случился удар, и он умер, не приходя в сознание. Я часто думал о том, имела ли его безвременная кончина (ему было только 25 лет) какое-либо отношение к тому, что он имел дело с четырехокисью азота и слишком часто неосторожно вдыхал его вредные пары. Во всяком случае, имя д-ра Ланди должно быть заслуженно внесено в список имен тех, кто внес свой вклад в развитие ракетостроения.

После утраты одного из главных наших сотрудников и в связи с тем, что я должен был все внимание сосредоточить на подготовке теоретической работы, представляемой на соискание ученой степени в области технических наук (я завершил ее в июле 1931 г.), исследования были временно приостановлены.

Исследования унитарного (однокомпонентного) топлива

Исследования не возобновлялись до второй половины 1932 г., до тех пор, пока я не завершил образования и не выполнил свои воинские обязательства. Тем временем после наших с отцом долгих плодотворных дискуссий было решено перейти к изучению однокомпонентного топлива. Теперь исследования финансировались новым заказчиком — военно-воздушными силами Италии, проводились на новой штаб-квартире — в лаборатории Отделения общей аэронавтики Училища авиационной техники при Римском университете с участием нового, очень компетентного сотрудника — д-ра химических наук Р. М. Корелли (впоследствии профессор авиационной технологии в том же училище).

Я ясно помню, как зародилась первая мысль об однокомпонентном топливе во время вечерней прогулки на улице Номентана, как мой отец заинтересовался возможностью регулировать горение твердого топлива, вводимого в камеру сгорания в виде тестообразной суспензии (но не раствора) мелких частиц твердого топлива. Дискуссия свелась к тому, каким путем может происходить сгорание такой смеси. Помню, в каком неожиданном озарении в моем еще неопытном сознании возникло понимание значения термохимических расчетов, которые независимо от механизма горения позволяют легко предвидеть состав и состояние газов, образующихся в результате сгорания любой смеси химических веществ, как только температура поднимается достаточно высоко.

Начав опыты, мы отказались от не очень практичной идеи применять твердое топливо в тестообразном виде и предпочли жидкое взрывчатое вещество, понижая его чувствительность разбавлением в инертном растворителе. Самым доступным в продаже и одним из наиболее эффективных жидких взрывчатых веществ являлся тринитроглицерин. И мы решили опробовать его, несмотря на его плохую репутацию ⁷. В самом деле, было известно, что сравнительно небольшое количество органического растворителя, например 30% метанола, может сделать тринитроглицерин практически стойким к детонации. Используя небольшое количество взрывчатого вещества, приготовленного в нашей лаборатории, Корелли тщательно проверил эти и другие утверждения по данному вопросу, имевшиеся в открытой печати.
⁷Тем не менее мы решили использовать и другие вещества, например, динитроглицерин или динитрогликоль. С ними мы также провели некоторое количество опытов.

После проверки я чувствовал себя достаточно уверенно, когда вечерним поездом вез из Турина в Рим несколько литров смеси, приготовленной для нас на пороховом заводе в Авильяне. Это было, конечно, некоторым нарушением официальных правил перевозки взрывчатых материалов, и теперь я прихожу в ужас от ответственности, которую брал на себя. Однако это был единственный путь, позволивший избежать нескончаемой бюрократической волокиты, связанной с доставкой смеси.

Испытания по газификации были проведены в установке, представленной на рис. 21. Однокомпонентное топливо m, находившееся в баке b, было сжато поршнем Р, перемещавшимся под действием газа из баллона а. Камера сгорания С была вся облицована изоляционным огнеупорным материалом; тигель на дне ее, выполненный из огнеупорных цилиндрических брикетов, доводили посредством электронагрева до температуры красного каления; затем ток отключался и начинался впрыск унитарного топлива через распылительную головку. Образовавшиеся газы выпускались через небольшое сопло и после охлаждения и отделения конденсата собирались в газометре G.

Раствор нитроглицерина реагировал в точном соответствии с предварительными термохимическими расчетами, что подтверждало мою точку зрения (если она вообще нуждалась в подтверждении), а главное, говорило о практических возможностях жидких однокомпонентных топлив. Однако данное однокомпонентное топливо считалось взрывоопасным ввиду возможного разделения двух его составляющих вследствие испарения или добавления воды. Действительно, мы сами наблюдали замедленный взрыв в системе подачи топлива (см. рис. 21), который, возможно, был вызван этими причинами. Поэтому д-р Корелли подготовил список возможных органических растворителей, которые, как предполагалось, были лучше, чем метанол, с точки зрения разделения, а я произвел термохимические расчеты для случаев применения каждого из них в качестве разбавителя. Это был путь, неожиданно приведший меня к открытию исключительно важных свойств нитрометана как однокомпонентного топлива.

В самом деле, я был удивлен, обнаружив согласно моим расчетам, что если другие растворители дали результаты, сравнимые с данными метанола, то результат применения нитрометана выделялся с точки зрения полной теплоты реакции и температуры горения. Произведя затем вычисления для одного нитрометана, я обнаружил, что эта составляющая сама по себе является отличным однокомпонентным топливом, лучшим, чем любая из надежных нитроглицериновых смесей. Конечно, это был сюрприз, поскольку, как мы знали, еще никогда никто не обращал внимания на взрывчатый характер нитрометана.

Рис.21.
Схема установки
для газификации
однокомпонентного топлива
Рис.22.
Схема двигателя,
работавшего на нитрометане

После этого открытия наши исследования, естественно, сосредоточились на нитрометане ¹. Д-р Корелли приготовил большое количество этого вещества в нашей лаборатории (в Италии нитрометан было трудно приобрести, хотя приблизительно в то же время он появился в продаже в США в качестве растворителя нитроцеллюлозы). Мы внимательно изучили стойкость нитрометана к механическим ударам (т. е. к детонации) и его устойчивость с точки зрения теплового распада. Мы измерили давление паров нитрометана вплоть до 200° С и определили его способность ко взрыву при нагреве, бросая небольшие герметические капсулы, содержавшие нитрометан, в ванны с расплавленным металлом, температура которого возрастала; капсулы были сконструированы так, что могли взорваться только в случае теплового распада нитрометана. Было установлено, что самая низкая температура, при которой происходит взрыв, составляет около 400° С. Убедившись, что нитрометан — удобное в обращении вещество, мы испытали в 1933 г. его способность превращаться в газ в установке, показанной на рис. 21, где он вел себя согласно теоретическим предположениям.
¹Чтобы сохранить секретность, мы окрестили нитрометан ерголем. По странному совпадению, этим названием несколько лет спустя в Германии обозначали жидкое топливо. (См. наст. сб., —Ред.).

Ободренные полученными результатами и отсутствием неблагоприятных показаний, мой отец и я стали обдумывать, где еще возможно применить интересные свойства нитрометана. Должностные лица военно-воздушных сил проявляли очень мало интереса к будущему ракетных двигателей. Высотные полеты самолетов, наоборот, были в моде (Италия побила несколько рекордов высоты полета). Поэтому мы подумали о том, чтобы применить нитрометан в конструкции двигателя, который развивал бы энергию при отсутствии воздуха.

Был сконструирован и построен одноцилиндровый двигатель (рис. 22). Он должен был работать по двухтактному циклу, причем нитрометан впрыскивался в остаточные газы предыдущего цикла, вновь нагреваемые до высокой температуры во время такта сжатия. Предназначенные для дизелей системы впрыскивания топлива под высоким давлением стали применяться в те годы в коммерческих целях благодаря компании «Бош».

Ручная система впрыскивания «Бош» впервые испытана в установке, показанной на рис. 23. Эта установка была создана как демонстрационная: газовый генератор В, подобный тому, который изображен на рис. 21, но меньшего размера, получал питание от насоса Р и выбрасывал газы на маленькую турбину Г, соединенную с генератором электроэнергии G. Хотя общая эффективность превращения энергии составляла, конечно, намного менее 1 %, это устройство производило на высшую администрацию большее впечатление, чем какой-либо научный чертеж или описание.

Следующая, механическая система впрыскивания, которую предполагалось применить для двигателя, представленного на рис. 22, была испытана в установке, сконструированной для наблюдения за способностью нитрометана к распылению. К сожалению, по-своему отличные насосы системы впрыскивания «Бош», которые применялись в то время, были сконструированы для дизельного топлива и поэтому не требовали принудительной смазки. Во время одного особенно продолжительного запуска произошел взрыв, который на моих глазах буквально уничтожил толстые стенки насоса. В тот же день я имел возможность быть занесенным в списки жертв исследований ракетного топлива. Я отделался тем, что получил только несколько повреждений и пролежал месяц в постели, прежде чем снова мог ходить. Д-р Корелли, который при взрыве стоял рядом со мной, получил легкие повреждения.

Рис. 23. Схема демонстрационной установки,
работавшей на нитрометане

Взрыв произошел из-за того, что через несколько минут после начала опыта плунжер насоса, покрытый слоем смазки, оголился, в результате на его поверхности образовались задиры. Соответствующие горячие участки и явились воспламенителями тесно соприкасавшегося с ними сильно сжатого нитрометана. Нетрудно было воспроизвести взрыв при контролируемых условиях. Поскольку в то время не применялись системы впрыскивания с принудительной смазкой (только несколько лет спустя Бош ввел эти системы для двигателей, работающих на бензине), процесс впрыскивания нитрометана при высоком давлении был признан слишком опасным и неприемлемым.

В последующие годы мы сконструировали различные виды других двигателей, работавших па однокомпонентном топливе. Упомяну лишь двигатель на сжатом газе, предназначенный для создания тяги под водой (он работал на газах, поступавших от газогенератора, работавшего на нитрометане с водой), и четырехтактный поршневой двигатель с искровым зажиганием, работавший только на парах нитрометана. Это привело к серии интересных исследований и экспериментов для изучения возможностей распространения распада пламени в самих парах. Но эти исследования имеют мало отношения к ракетам, поэтому ограничусь лишь мимолетным упоминанием.

Мне хотелось бы упомянуть также о вновь возросшем в те годы интересе к комбинациям двухкомпонентного топлива и о проведенных д-ром Корелли интересных исследованиях свойств тетранитрометана, используемого в качестве окислителя. Однако, вообще говоря, интерес опекавшей нас итальянской администрации к ракетной технике находился на точке замерзания. Только после войны, в 1947 г., по заданию Управления исследовании и изготовления вооружения французского Министерства обороны я вновь стал проводить эксперименты с ракетными двигателями на нитрометане. Именно там я действительно достиг успехов, разработав ракетную камеру ощутимых размеров и сравнительно небольшой характеристической длины L *, где применил направленные внутрь радиальные форсунки, равномерно распределенные по цилиндрической стенке камеры.

После 1949 г., с разрешения французских властей, я продолжал в течение некоторого времени эту работу в США (в сотрудничестве с фирмой «Аэроджет дженерал»), где был успешно испытан наружный радиальный впрыск из центрального пилона. Но все это уже из области истории создания современных ракет и не является частью деятельности итальянских пионеров ракетостроения, которая составляет содержание данного обзора.
ЛИТЕРАТУРА

1.L. Crocco. Instruction and Research in Jet Propulsion.— «Journal of the American Rocket Society», № 80, pp. 32—43, March 1950. 2.G. A. Crocco. Sulla possibilita della navigazione extra atmosferica.— «Rend. Accad. Lincei», Ser. V, v. XXXII, Part. I, p 461, 1923. 3. G. A. Crocco. Possibilita di superavia-zione.— «Rend Accad. Lincei», Ser. VI, v. Ill, pp. 241, 363,1926.

4.G. A. Crocco. II proiettile a reazione.— «Rivista aeronautica», Marzo, 1926. 5. G. A. Crocco. Superartiglieria e supe-raviazione.—«Rivista aeronautica», Sept. 1926. 6. G. A. Crocco. Un paradosso del propul-sore a reazione.— «Rend. Accad. Lincei», Ser. VI, v. Ill, p. 370, 1926.