Краткая история программы «Аполлон»

— Насколько большой? — спрашивают в Рокетдайн. А военные такие:

Ну а этим что, ваши деньги — ваши капризы. Взяли и разработали. Правда, на полпути какая-то светлая голова в ВВС задумалась о том, где этот двигатель применять, и оказалось, что негде, поэтому разработку бросили — ну, эти американцы, вы понимаете… Но чертежи благоразумно сохранили, и не зря — вскоре с тем же вопросом к ним постучались уже из NASA. Только в отличие от вояк там уже знали, для чего им нужен БОЛЬШОЙ ракетный двигатель.

Чтоб вы поняли, насколько он большой, вот вам Вернер фон Браун на фоне ракетной жопы:

И вот инженеры посмотрели на то, что получается, и подумали: ребзя, а ведь если такая штука бабахнет, мало никому не покажется. Вон, со стабильностью горения куча проблем, то и дело прототипы жахают. И бабла такой комплекс стоит немеренно. Может, сначала получше проверим всё?

— А давайте, — сказали в NASA, подкрепили свои слова очередной порцией вечнозелёных, и все заверте…

В общем, инженеры построили стенд и модели, битком набитые датчиками, а к камере сгорания присоединили специальные патрубки, в которых взрывали небольшие бомбы. Поток газов от этих бомб устремлялся в камеру, и можно было легко отследить, как ведёт себя конструкция, и внести необходимые коррекции. Кроме того, движки F-1 были многоразовыми. То есть летали они в итоге каждый по разу, конечно, но их можно было запускать и останавливать многократно, так что на орбиту отправились уже проверенные и испытанные двигатели, а не просто «вроде бы нормальные». В результате денег вбухали в это дофига, зато ни один из «Сатурнов» в конечном итоге не бабахнул — двигатели работали как часы. Аналогичные стенды устроили для двигателей других ступеней, а потом и для самих ступеней тоже. Вот как выглядели огневые испытания F-1.

Короче говоря, американцы вспомнили про старую поговорку «семь раз отмерь — один отрежь», и в то время как в СССР бабахала Н-1, они спокойно продолжали доводить конструкцию до совершенства (ну, ладно, Н-1 пускать начали когда американцы уже собирались на Луну высаживаться). Да, это стоило сотен нефти. Но зато двигатели не бабахали. Вообще.

Тут стоит сделать небольшое отступление и пояснить, зачем это нужно. Жидкостные ракетные двигатели работают в крайне экстремальных условиях. Хотя конструктивно первая ступень ракеты это просто огромный бак с двигателями, от него требуется охренеть какая тяга и высокий удельный импульс, да ещё и внешние условия изменяются по мере набора высоты. Более того, обычные для самолётов воздушно-реактивные двигатели не годятся для ракет, потому что в какой-то момент воздух попросту заканчивается (существует проект SABRE, который может переключаться между режимами, но это исключение). Как следствие, надёжность ЖРД снижается по мере увеличения тяговооружённости, и компенсировать это следует тотальной проверкой всего, что только можно.

Почему же всё-таки Сатурн-5 имеет номер 5? Потому что проектов действительно было пять, просто до реализации добрались только Сатурн-1 и Сатурн-5. Остальные так и остались концептами.

Ракета оказалась настолько большой, что делали её по частям: первую ступень — «Боинг» (а двигатели — «Рокетдайн»), вторую — «Норт Амэрикен», третью — «МакДоннел Дуглас». Командный модуль «Аполлона» делали «Рокуэлл», а лунный — «Грумман». А сколько было субподрядчиков, и вовсе не счесть. Потом это аукнется американцам во время полёта «Аполлона-13», к которому мы ещё вернёмся, но в целом из-за описанного выше подхода надёжность всей системы была просто беспрецедентной.

Спокойно, ребята, мы всё рассчитали!

Корабль

Что требуется от космического корабля, который хотят запустить в самую дальнюю задницу мира? Минимальная масса. Это в принципе общий принцип аэрокосмической техники, но в нашем случае он особенно значителен. Ведь ради каждого лишнего килограмма, во-первых, надо строить более мощные двигатели, а во-вторых, брать с собой больше топлива. Причём второе даже более серьёзно.

Тут следует вернуться немного назад, к траектории. По сути вся механика полёта любого корабля с ЖРД строится на переходе с одной орбиты на другую, а переход осуществляется с помощью придания импульса. Вылез на опорную орбиту — включил двигатели — переехал на другую. Потом на третью. И так далее, вплоть до третьей космической скорости.

Другими словами, чтобы перекинуть корабль на новую траекторию, нужно придать ему — или забрать — некоторую энергию. Кинетическая энергия же прямо пропорциональна масса. В два раза больше массы — нужно в два раза больше энергии, и, соответственно, топлива. А поскольку топливо тоже что-то весит, линейная зависит превращается в экспоненциальную, то есть чем больше корабль, тем больше топлива он несёт, а топливо требует ещё топлива, и так далее.