Первый спутник: альтернативная история
Интересная статья из ЖЖ Филиппа Терехова (очень рекомендую любителям космической тематики). Итак….
Запуск первого спутника оказался большим сюрпризом, но в целом событие было ожидаемым – шел Международный геофизический год, и о намерении в его рамках запустить спутники заявили еще в 1955 году США и СССР. Достаточно известен факт, что США почти вывели объект на орбиту на год и месяц раньше. А если подумать, то можно вообразить сценарии, в которых спутник был бы запущен еще раньше. Давайте попробуем представить, как это могло бы быть.
Вывоз на старт ракеты Р-7, фото Роскосмоса
Постановка задачи
Спутник Vanguard TV3 в музее, фото RadioFan/Wikipedia
Первый спутник весил 83 кг, это немало, и запустить такую же массу ракетами альтернативной истории может быть нелегко. Из реальных первых спутников самым легким был Vanguard TV3, попытка запуска которого 6 декабря 1957 года окончилась неудачей. Он весил всего 1,36 кг. Поэтому вполне можно взять 1 кг в качестве предполагаемой минимальной полезной нагрузки. Для каждого сценария также попытаемся прикинуть, как это могло реализоваться.
Сценарий 1. Везение и продуманность
Старт ракеты Р-7, фото РКК "Энергия"
Известно, что Р-7 начала летать не сразу. При первом пуске 15 мая 1957 на боковом блоке начался пожар, блок потерял тягу за несколько секунд до разделения, отвалился и привел к разрушению пакета. Несколько попыток запустить двигатели 11 июня окончились неудачей, и ракета даже не оторвалась от стартового стола. 12 июля ошибка в новом приборе привела к тому, что на систему управления стала действовать помеха, ракета закрутилась вокруг продольной оси и развалилась. Успешные пуски 21 августа и 7 сентября показали, что теплозащита головной части недостаточна, и продолжать испытания по военной программе межконтинентальной баллистической ракеты нельзя. На освободившуюся ракету поставили быстро сделанный простейший спутник, который и стал первым в истории человечества.
Можно ли здесь ускорить запуск первого спутника? Легко – если бы не поставили неисправный прибор 12 июля, если бы не было чистого невезения с замерзшим клапаном и проблемой в двигателе 11 июня, и если бы перед первым пуском конструкторы вспомнили о необходимости проверять герметичные соединения после перевозки ракеты по железной дороге, то при удачном стечении обстоятельств два первых пуска 15 мая и 11 июня проходят успешно, показывают недостаточность теплозащиты боеголовки, и первый спутник отправляется в полет уже в районе 12 июля.
Сценарий 2. Политика и непослушание
Ракета Juno I в цехе, хорошо видны верхние ступени, источник: Drew Ex Machina
Еще в 1954 году на заседании Американского ракетного общества Вернер фон Браун предложил запустить спутник, и у него для этого уже была реальная возможность. С 1953 года начала летать созданная им ракета Redstone, на нее можно было поставить несколько ступеней твердотопливных двигателей, и суммарной набранной скорости должно было хватить для вывода небольшой полезной нагрузки на орбиту. Но проект Orbiter фон Брауна проиграл конкуренцию проекту Vanguard, который был исконно американским и не отягощался историей эмиграции из потерпевшей поражение нацистской Германии. Даже после запуска советского спутника Vanguard сохранял приоритет, и нужен был его эпический взрыв перед прессой, чтобы фон Брауну наконец дали зеленый свет. С тремя дополнительными твердотопливными ступенями (одна из них жестко связана со спутником) и под названием Juno I ракета Redstone вывела 1 февраля 1958 года первый американский спутник.
Почти в таком же варианте, но с макетами четвертой ступени и спутника, под названием Jupiter-C, ракета Redstone стартовала 20 сентября 1956 года. Полет прошел успешно, была достигнута скорость 7 км/с, высота 1100 км и дальность 5300 км. Если бы вместо песка на ракете стояла рабочая четвертая ступень, то вполне могло получиться выйти на орбиту. Но в нашей реальности, по рассказам, правительство отрядило целого генерала Джона Медариса проверить, не поставил ли фон Браун тайком четвертую ступень. В дальнейшем Jupiter-C использовалась для испытаний теплозащиты боеголовок разрабатываемой ракеты Jupiter.
Технически, собрать ракету Redstone с твердотопливными ступенями и запустить спутник можно было с 1953 года, но все упиралось в отсутствие интереса на политическом Олимпе. Если предположить, что фон Брауну (или другому космическому энтузиасту) удалось бы убедить достаточное количество лиц, принимающих решения, что запуск первого спутника станет историческим событием с гигантским пиар-эффектом, то первый спутник мог быть запущен еще тогда. Сценарий, когда спутник и четвертую ступень грузят тайком и запускают в сентябре 1956, выглядит как в кино и не реалистичен. Вряд ли фон Браун рискнул бы всей карьерой ради приоритета. Теоретически его действия могли оправдать задним числом, мол, "победителей не судят", но это очень сомнительные построения. Также здесь появляется любопытная проблема – Juno I не могла вывести на орбиту спутники массой больше десятка килограмм. А более грузоподъемных ракет пришлось бы ждать годами. Громкий старт космической эры мог обернуться длительным периодом застоя, когда ограничения по массе спутников не позволили бы запустить ничто сколько нибудь сложное.
На этом реалистичные сценарии заканчиваются, и дальше идут фантазии.
Сценарий 3. С войной и без войны
Старт "Фау-2"
Можно ли было запустить спутник на какой-нибудь модификации "Фау-2"? В исходном варианте – нет. Тяга двигателя "Фау-2" составляла 26 тонн против 36 у Redstone, а удельный импульс – 203 секунды на уровне моря против 235 у Redstone. Плюс, нормальное смесевое твердое топливо появится не раньше 1947 года, так что верхние твердотопливные ступени были бы тоже менее эффективны. Отсутствие материальных свидетельств означает, что двухступенчатая межконтинентальная ракета А-9/А-10, которую хотели применять для обстрела США, не пошла дальше эскизов. Но, теоретически, если бы в конце 30-х вместо военных разработок фон Брауну дали задачу запустить спутник и обеспечили ресурсами, то он вполне бы мог это сделать в 1940-х. Но для тогда потребовалось бы множество крайне серьезных изменений в истории.
Вариант 4. Волшебный попаданец
Ракета Lambda-4S, фото Momotarou2012/Wikipedia
Наверное, предельным сроком, когда возможно было бы запустить спутник без свалившихся с неба высоких технологий, являются тридцатые годы. Но для этого пришлось бы привлекать знания и опыт второй половины 20 века, и, что самое забавное, страной, которая могла бы это сделать, становится СССР. До 1942 года (первый пуск "Фау-2") в мире нет мощных жидкостных ракетных двигателей. Поэтому единственным вариантом будет твердое топливо. До изобретения смесевых топлив единственным вариантом является баллиститный порох. Это специальным образом обработанный бездымный порох, который медленнее горит. У него невысокий удельный импульс, в районе 200 секунд, но это все равно в два с лишним раза лучше удельного импульса черного пороха. СССР в конце 30-х разрабатывает "Катюши", поэтому является мировым лидером по разработке и производству баллиститного пороха для ракет. В 30-х годах невозможно сделать полноценную систему управления (ракета в полете поддерживает неустойчивое равновесие, как карандаш на пальце), и вот тут придется воспользоваться японским опытом. Ракета Lambda-4S, впервые запущенная в 1966 году, использовала минимум сложной электроники. Стартовала она с рампы, наведенной на нужный угол. Затем ракета раскручивалась и поддерживала устойчивость по принципу волчка. Перед отделением последней, пятой, ступени, система управления поворачивала ее по оси вращения единственного гироскопа. Подобную примитивную систему управления можно было бы создать и в 30-х годах.
Схема выведения Lambda-4S, источник: open-aerospace.github.io
Из-за меньшего удельного импульса ступеней было бы много, не меньше трех, и полезная нагрузка была бы минимальной. Вместо радиопередатчика скорее всего пришлось бы разворачивать, например, отражатель – передатчик и батареи были бы слишком тяжелыми. Но технически схема получается вполне работоспособной.
Заключение
Кроме забавных технических задач, подобные эксперименты с альтернативной историей наводят на любопытную мысль – запуск первого спутника состоялся в очень удачное время и был сделан самой подходящей для этого страной. Если бы первыми спутник запустили США, то такой интенсивной космической гонки могло бы и не быть. В конце концов преодоление звукового барьера в США в 1947 году, пусть и вызвало определенный ажиотаж, мир не перевернуло. А удачным время названо потому, что у СССР уже была готова очень мощная ракета-носитель, и США заканчивали разработку своих. Самые разнообразные технологии были готовы к тому, чтобы соединиться и вызвать крайне бурное развитие космонавтики.
С праздником! С шестидесятилетием запуска первого спутника!
