О РОЛИ Ф. А. ЦАНДЕРА В РАЗВИТИИ СОВЕТСКОЙ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ. В.П. МИШИН

УДК 629.76 + 629.78/(091)

(Статья подготовлена по материалам доклада, прочитанного автором на заседании, посвященном 90-летию со дня рождения Ф. А. Цандера.)

Одним из важнейших всемирно-исторических достижений советского народа является открытие космической эры Человечества. Мы по праву можем гордиться тем, что наша страна проложила путь в космос и стала родиной космонавтики. Мы гордимся именами наших соотечественников: К. Э. Циолковского, С. П. Королева, Ю. А. Гагарина, которые много сделали для осуществления этого достижения.

Но было бы неправильно связывать достижения Советского Союза в области ракетно-космической техники только с отдельными, даже выдающимися личностями. Эти достижения являются прежде всего следствием деятельности Ленинской партии, ее мобилизующей и руководящей роли, обеспечивающей строительство в нашей стране развитого социалистического общества с мощной общественно-экономической и научно-технической базой.

Успехи в освоении космоса являются результатом творческого поиска и напряженного труда многих десятков тысяч людей, результатом высокого уровня многих отраслей советской науки и техники. Эти успехи были подготовлены трудами нескольких поколений ученых, конструкторов и изобретателей. Одним из пионеров отечественной ракетно-космической науки и техники является Ф. А. Цандер.

Многогранная деятельность этого талантливого ученого чрезвычайно интересна тем, что исторически она представляет собой как бы переходный этап от чисто теоретического изучения проблем космонавтики к практическому инженерному решению этих проблем.

Сегодня, когда самые смелые предвосхищения пионеров космонавтики становятся реальностью, а горизонты космонавтики ближайшего будущего просматриваются в конкретных проектах и практических разработках, мы воочию убеждаемся в исключительной проницательности Ф. А. Цандера, горячо верившего в практическую осуществимость пилотируемых полетов в космосе.

Ф. А. Цандер прожил недолгую, но яркую жизнь ученого-практика, различные этапы которой особенно хорошо стали известны в последние годы благодаря усилиям многочисленных исследователей его творчества. Этому способствовало создание в 1968 г. Комиссии АН СССР по разработке научного наследия Ф. А. Цандера и регулярное проведение этой комиссией научных чтений, посвященных памяти этого замечательного ученого и развитию его идей.

В данном сообщении я остановлюсь лишь на тех моментах биографии Ф. А. Цандера, которые имели непосредственное отношение к его многогранной творческой деятельности в области космонавтики.

Родившись в 1887 г. в семье доктора медицины, Цандер с детства был вовлечен в круг естественнонаучных интересов отца, способствовавших развитию его увлечений астрономией, воздухоплаванием и зарождавшейся тогда авиацией. В восемнадцатилетнем возрасте будущий ученый познакомился с работой К. Э. Циолковского «Исследование мировых пространств реактивными приборами». Неясные юношеские представления Цандера о возможных способах перемещения в околоземном пространстве сменяются твердой убежденностью в наиболее эффективном и единственно универсальном методе - полете на аппарате ракетного типа.

В 1908 - 1912 гг., уже будучи студентом Рижского политехнического института, Цандер приступил к теоретической проработке отдельных вопросов, связанных с проблемой осуществления космического полета. Разработки этих лет, являющиеся первыми серьезными опытами начинающего исследователя, свидетельствовали об умении Цандера выявить узловые проблемы, стоящие на пути практической реализации дальних пилотируемых полетов в космос.

Уже в этих ранних разработках проявились наклонности Цандера к широкому использованию количественных методов анализа и глубокому проникновению в физический смысл исследуемых явлений. Поняв первостепенную значимость проблемы энергетики в реализации космических полетов, он вполне определенно указал на возможные пути ее решения.

В 1912 г., проводя исследования в этом направлении, Цандер выдвинул идею сбрасывания в полете «отработавших» элементов конструкции ракетных летательных аппаратов. Однако, исходя из собственной установки на ближайшую реализацию космического полета, Цандер, стремясь к более эффективному решению энергетической проблемы, пошел еще дальше, предложив сжигание отработанных элементов металлоконструкций аппарата. По мысли ученого, это значительно увеличило бы топливные ресурсы на борту космического аппарата и дало бы ощутимый выигрыш в удельном импульсе благодаря использованию металлизированного топлива.

В дальнейшем исследование проблемы энергетического обеспечения было связано у Ф. А. Цандера с разработкой вопросов экономичности летательных аппаратов с различными двигателями: поршневыми, ЖРД, ВРД и РД, работающими на металлизированном топливе. Результаты этих исследований позволили Цандеру вплотную приступить к развертыванию проектно-конструкторских работ, начатых им в 1917 г. [1, с. 57]. В 1918 г., аналитически исследуя эффективность применения двигателей прямой реакции на конкретных летательных аппаратах, Цандер пришел к выводу о целесообразности использования конкретных двигателей в определенных, «оптимальных» интервалах скоростей летательного аппарата, на котором они были установлены.

В наиболее общем виде эту идею можно было бы сформулировать как идею применения на определенных этапах космического полета различных двигательных установок, технико-эксплуатационные характеристики которых соответствуют наиболее эффективной организации движения многоступенчатого аппарата на отдельных участках траектории полета.

Эта весьма плодотворная идея Цандера, дополненная предложением об использовании на этапах подъема и спуска космического аппарата аэродинамического качества вспомогательных плоскостей, была положена им в основу его проекта «межпланетного корабля-аэроплана», представлявшего собой составной аппарат, объединяющий в себе ступени самолетного и ракетного типа.

В Москве, куда Цандер переехал в 1915 г., работая на авиационном предприятии «Мотор», он приступил к расчетно-конструкторским работам по проекту космического корабля, и в конце 1921 г. на Московской губернской конференции изобретателей сделал о нем доклад.

Продолжая интенсивную работу над проектом, Цандер с начала 20-х годов развернул широкую деятельность по пропаганде идей космических перелетов, при этом возможность ближайшего практического осуществления пилотируемого космического полета он связал с технической реализацией этого проекта, всестороннюю оценку перспективности которого он обосновал в 1924 г. в докладе перед членами теоретической секции Московского общества любителей астрономии (МОЛА) [3]. В этом же году в журнале «Техника и жизнь» была помещена первая печатная работа ученого, в которой он кратко изложил сущность проекта и дал наглядное отображение компоновки и технического исполнения наиболее важных элементов космического корабля [2].

В процессе работы над проектом «Межпланетного корабля-аэроплана» Цандером был выполнен большой объем баллистических расчетов, результаты которых использовались им в качестве исходных данных при техническом проектировании и выборе программы управления полетом космического аппарата. Вопросам баллистического проектирования Цандер уделял огромное значение, поскольку при их решении открывались новые возможности минимизации энергетических затрат, необходимых для осуществления дальнего ракетного полета.

Расчетно-теоретические разработки ученого по астродинамике представляли вполне самостоятельное направление в его творчестве не только в силу большого объема самостоятельно выполненных им исследований, но и потому, что в этой области он выдвинул целый ряд оригинальных идей фундаментального и прикладного характера, способствовавших решению оптимальных задач астродинамики.

К этому же направлению работ ученого непосредственно примыкают его исследования по динамике полета баллистических ракет дальнего действия, которые он выполнил в середине 20-х годов. Расчетно-теоретические разработки Цандера по динамике полета БРДД включали в себя решение комплекса вопросов приложения эллиптической теории движения к расчету пассивного участка полета ракеты и исследованию возможности и условий практической реализации межконтинентальных перелетов. Обосновав возможность осуществления дальних полетов по траекториям с минимальными энергетическими затратами, Цандер вывел необходимые аналитические зависимости, с помощью которых выполнил расчеты по определению геометрических и кинематических параметров полета ракеты по оптимальным траекториям на дальности до 20 000 км.

При всей широте общего замысла и важности отдельных направлений, в которых он работал, Цандер прекрасно понимал, что первостепенной задачей технического осуществления проекта дальнего ракетного полета является задача создания работоспособного и надежного двигателя. Именно поэтому Цандер, сочетая в себе качества крупного ученого-теоретика и талантливого инженера, считал необходимым особое внимание уделить разработке инженерно-обоснованных методов проектирования ракетных двигателей, в частности ЖРД.

В отличие от многих современных ему исследователей в области ракетной техники, работы которых в рассматриваемый период носили эмпирический характер, Цандер разрабатывал инженерно-теоретические основы проектирования ЖРД. Используя известные положения из общей теплотехники, развивая и конкретизируя их применительно к процессам, протекающим в ЖРД, Цандер плодотворно работал над созданием общей схемы расчета и разработал инженерную методику определения некоторых параметров ЖРД. Важным результатом в разработке методики проектирования ЖРД следует считать решение Цандером вопроса о расчете внутрикамерных процессов с учетом явлений диссоциации и рекомбинации, построение высотной и расходных характеристик двигателя и внедрение в практику расчета ракетных двигателей графоаналитических методов, известных в специальной теплотехнике.

Им были выполнены инженерно-теоретические исследования вопросов, которые еще долго после его смерти являлись единственными в своем роде. В этом плане прежде всего необходимо отметить разработки Цандера по оценке основных параметров ракетных двигателей, работающих на металлизированном топливе. Эти разработки наглядно иллюстрируют его умение аналитически исследовать сложные явления на основе построения упрощенных моделей, допускающих применение количественных методов анализа.

Широкий круг исследований общетеоретического и прикладного характера был органично связан в творчестве ученого с экспериментально-практической деятельностью, к которой он приступил, как только представилась такая возможность. В конце 20-х годов Цандер переходит на работу в винтомоторный отдел ЦАГИ, где он создает и испытывает свой двигатель ОР-1, первый отечественный ракетный двигатель с использованием двухфазного топлива: газообразного воздуха и жидкого бензина.

Двигатель ОР-1 являлся двигателем экспериментальным, не предназначавшимся для установки на конкретный аппарат. Он был задуман Цандером как опытная установка, эксперименты на которой позволили бы выявить основные трудности, стоявшие на пути создания и отработки действующего ЖРД, и наметить пути их преодоления.

В черновых набросках плана исследваний по ОР-1 ученый четко сформулировал основную задачу проводимых экспериментов: «от топлива воздух - бензин, через обогащение воздушной смеси к испытаниям на жидком топливе: кислород - бензин» [4]. Переход к этому топливу Цандер осуществил на следующем своем двигателе ОР-2, представлявшем собой жидкостную ракетную двигательную установку самолетного типа, к созданию и отработке которой он приступил уже в стенах ГИРДа, возглавляя 1-ю бригаду. Проект ОР-2 был разработан Цандером самостоятельно и содержал многие новаторские элементы в практике отечественного двигателестроения начала 30-х годов. Среди них следует отметить такие, как проведение расчета и оптимизации основных параметров ЖРД, осуществление регулирования тяги, разработка принципиальной схемы двигателя с учетом многоразового запуска и выключения и др.

Возглавлявшаяся Цандером 1-я бригада ГИРДа вела сразу несколько разработок, завершение одной из которых - создание ракеты ГИРД-10 - ознаменовало важную победу отечественного ракетостроения: впервые в нашей стране был осуществлен запуск ракеты с жидкостным ракетным двигателем. Фридриху Артуровичу не суждено было увидеть окончательные результаты своих наиболее значительных начинаний в области практического ракетостроения, но его яркая подвижническая жизнь, его разносторонняя творческая деятельность оказали большое влияние на пути становления отечественного ракетостроения, а общественно-коллективный характер его деятельности сыграл исключительно важную роль в привлечении талантливой молодежи к практическим работам в области ракетной техники.

Цандер вошел в историю советской ракетно-космической техники не только как один из первых создателей ЖРД, но как теоретик, оригинально развивший идеи космического полета. К числу таких идей и предложений Ф. А. Цандера, представляющих интерес до настоящего времени, следует отнести:

1. Использование атмосферы Земли и планет с целью сокращения энергозатрат и улучшения энергетических характеристик РЛА в межпланетных полетах. Применение ВРД, использующих кислород атмосферы Земли, и использование аэродинамической подъемной силы на взлетно-посадочных ступенях РЛА.

2. Использование гравитационного маневра при межпланетных перелетах с целью уменьшения энергетических затрат.

3. Межпланетные перелеты с использованием двигателей малой тяги (использование давления солнечных лучей (солнечный парус) и другие предложения в этом направлении).

4. Двухступенчатый крылатый РЛА, являющийся комбинацией самолета с ракетой.

Сама по себе деятельность Ф. А. Цандера в настоящее время исследована уже достаточно полно, чему способствовала работа большой группы советских ученых - исследователей его творчества, и теперь пришло время поставить задачу сравнения его деятельности с деятельностью других пионеров космонавтики, в первую очередь с деятельностью С. П. Королева. Цандер и Королев - эти два имени в истории космонавтики связаны так же неразрывно, как, например, Циолковский и Цандер, Циолковский и Королев.

Такое сравнение не только поможет нам разобраться в обоснованности этой связи, но и даст возможность глубже понять значение и сущность творческого вклада каждого из них в историю ракетно-космической науки и техники и сам ход этой истории.

Королев после знакомства в 1929 г. с трудами Циолковского увлекся гениальными идеями этого энтузиаста межпланетных полетов и решил посвятить развитию и практическому осуществлению этих идей всю свою жизнь. Впоследствии он писал: «Самое замечательное, смелое и оригинальное создание творческого ума Циолковского - это его идеи и работы в области ракетной техники. Здесь он не имеет предшественников и намного опережает ученых всех стран и современную ему эпоху» (см. наст. сб., с. 40).

Точная дата и обстоятельства встречи Королева с Цандером еще не установлены. Очевидно, это произошло в 1931 г., когда Королев работал в ЦАГИ, а Цандер в родственном, выделившемся из ЦАГИ Институте авиационного моторостроения (ИАМе), где он успешно работал над созданием ракетного двигателя ОР-1, работающего на бензине и сжатом воздухе. Стендовые испытания этого двигателя начались в 1930 г. Королев не мог не знать об этих работах. В дневнике Ф. А. Цандера есть запись, что он и Королев 5 октября 1931 г. осматривали на аэродроме Осоавиахима планер, который затем испытывался в полете [4], а через два дня, 7 октября, С. П. Королев и Б. И. Черановский присутствовали при подготовке и проведении 32-го опыта с ОР-1 [4]. Но это, очевидно, была не первая встреча Цандера и Королева, так как к этому времени Группа изучения реактивного движения (ГИРД), в состав которой они оба входили, была уже организационно оформлена.

Выше уже указывалось, что при испытаниях двигателя ОР-1 были проведены широкие экспериментальные исследования по моделированию процессов, происходящих в ЖРД, проверке разработанных методов расчета ЖРД. Результаты этих исследований явились исходными данными для разработки авиационного ЖРД ОР-2. Королев, ознакомившись с проектом ОР-2, увидел в нем реальную основу для осуществления своей мечты - создания ракетоплана (планера с ракетным двигателем) - и оказал всемерную поддержку замыслам Цандера, используя свое влияние и авторитет в Осоавиахиме.

К этому времени С. П. Королев был уже признанным авиационным специалистом, на счету которого были разработанные уникальные планеры и легкомоторный самолет. С мая 1932 г. ГИРД, превращеный к этому времени из общественной в штатную проектно-конструкторскую организацию при ЦС Осоавиахима СССР, возглавляемую С. П. Королевым, приступил к экспериментальным исследованиям и проектно-конструкторским разработкам по ракетной технике.

О плодотворной работе Королева, Цандера и всего коллектива ГИРДа в этот период знают все, кто интересуется историей развития космонавтики в нашей стране, и останавливаться на этом нет необходимости. Напомню лишь, что это была работа подлинных единомышленников и энтузиастов, достигших поразительных результатов.

Большинство работ, выполненных в ГИРДе, навсегда вошло в историю со словами «впервые в СССР», «впервые в мире». Разница в возрасте Цандера и Королева в 20 лет и преждевременная смерть Цандера наложили отпечаток на характер и результаты их деятельности. Если Цандер начал свою творческую деятельность в ракетно-космической науке и технике еще в предреволюционные годы, то Королев - в начале 30-х годов, когда наша страна набирала силы и стала на путь индустриализации. Быстро развивалась тяжелая промышленность и наука, появились новые быстроразвивающиеся отрасли промышленности, такие, как автомобильная, авиационная, химическая и др.

Цандеру, несмотря на его природное дарование и способности, стоило больших трудов получить комплекс знаний, необходимых для творческой деятельности в области космонавтики, так как ни одно из учебных заведений в России не готовило специалистов для такой деятельности.

Королев мог выбирать место своего образования между Военно-воздушной академией им. Н. Е. Жуковского и авиационными отделениями ряда высших учебных заведений. В результате он, окончив авиационное отделение МВТУ, получил диплом инженера-авиаконструктора.

Цандер мечтал создавать летательные аппараты, но в силу ряда объективных причин осуществить это ему не удалось. Королеву же, даже в студенческие годы, совпавшие с годами бурного развития авиации в нашей стране, удалось создать не только учебные планеры, но и планер, на котором впервые в мире летчик Степанченок выполнил фигуру высшего пилотажа «мертвая петля» («петля Нестерова»).

После окончания института Цандеру было далеко не ясно, куда ему идти работать, чтобы наилучшим образом применить свои знания для развития космонавтики.

Королев же начал свою деятельность в передовом научном авиационном учреждении того времени - ЦАГИ, где были сосредоточены самые выдающиеся силы, работавшие в области авиационной науки.

Основной проект Цандера - двухступенчатый межпланетный корабль-аэроплан был нереален, так как для его осуществления в то время не было необходимых научно-технических предпосылок. Но идеи Цандера и его успехи по созданию ЖРД натолкнули Королева на мысль о разработке реального проекта ракетоплана РП-1 - планера с ракетным двигателем ОР-2, который мог бы продемонстрировать возможность применения РД в авиации. Этот проект не был реализован, но он сыграл впоследствии большую роль при создании ракетоплана РП-318-1 конструкции Королева, на котором летчик В. П. Федоров успешно летал 28 февраля, 10 и 19 марта 1940 г. Это были первые в СССР полеты человека на летательном аппарате с жидкостным ракетным двигателем, в создание которого был внесен вклад и учениками Ф. А. Цандера под руководством Л. С. Душкина. Ими же был разработан и ЖРД РД-1А-1100 для самолета БИ, на котором в 1942 - 1943 гг. совершили полеты летчики Г. Я. Бахчиваджи и К. А. Груздев.

В сравнительно небольшой статье невозможно, естественно, осветить все особенности взаимоотношений Цандера и Королева, а также влияние Цандера на последующую плодотворную деятельность Королева, принесшую ему всемирную известность, но несомненно то, что в формировании Королева как выдающегося специалиста в области ракетно-космической техники Цандер занимает одно из первых мест.

С. П. Королев высоко ценил деятельность Ф. А. Цандера и много сделал для увековечивания его памяти. По его инициативе и содействии был установлен памятник на могиле Ф. А. Цандера в Кисловодске и был издан в 1961 г. сборник всех известных к тому времени трудов Ф. А. Цандера.

Ф. А. Цандер, посвятивший свою, к сожалению, короткую жизнь разработке и практическому осуществлению идей космического полета, шел своим путем и выдвинул много оригинальных идей и предложений, которые до настоящего времени не потеряли значения и которые необходимо разрабатывать дальше. Вот почему мы вновь и вновь обращаемся к трудам и идеям Ф. А. Цандера и придаем им большое значение.

ЛИТЕРАТУРА И ИСТОЧНИКИ

1.Цандер Ф. А.Материалы к книге «Полеты на другие планеты и на Луну». - В кн.: Из научного наследия. М., 1967, с. 53 - 62.

2.Цандер Ф. А.Перелеты на другие планеты. - Техника и жизнь, 1924, № 13, с. 15 - 16.

3.Цандер Ф. А.Некоторые материалы по докладу, читанному в теоретической секции МОЛА 20 января 1924 г. - В кн.: Из научного наследия. М., 1967, с. 28 - 30.

4. Рабочий дневник Ф. А. Цандера. - Архив АН СССР, ф. 573, оп. 1, д. 260.