Фридрих Артурович Цандер был одним иа первых в мире и первым в нашей стране ученым, приступившим к инженерному решению вадач, связанных с созданием конкретных образцов ракетной техники, с осуществлением космического полета, Выполнив обширный комплекс инженерно-конструкторских разработок, он не только производил теоретические разработки, но и, используя свои более чем скромные возможности, создавал реальные конструкции.
К ним откосится первый в нашей стране экспериментальный (Цандер называл его "опытный" - В.К.) стендовый реактивный двигатель ОP-I. Изготовленный с использованием деталей паяльной лампы, он работал на двухкомпонентном топливе, включавшим жидкий компонент (воздух+бензин).
Основными деталями ОP-I были /I, с. 206/:
- бензиновый бачок емкостью I л
- кран для подачи бензина;
- манометр для измерения давления в бачке;
- бензиновая форсунка;
- электросвеча зажигания;.
- камера сгорания;
- трубопровод подачи бензина;
- реактивное сопло. Первоначально оно имело "начальный диаметр" 22 мм, "конечный диаметр" 4 мм, угол наклона внутренней поверхности 10°31' . Цандер пишет, что "...сопло охлаждается трубкою для подогрева бензина и тепло от него отводится еще лучеиспусканием и теплопроводностью воздуха" /I.c.214, 213/.
Судя по рабочему дневнику Цандера, охватывающему период 5 сентября 1930 г. - 3 марта 1932 г., Цандер использовал сменные сопла различной конфигурации /2; 3/.
Секундный расход окислителя и горючего составлял I,69 г. Согласно первоначальным расчетам ОP-I развивал тягу 0,1452 г /I,с.212/. Но есть сведения о том, что это значение - не предел. В своем письме в АН СССР, НИИ, ряд вузов и в издательство БСЭ академик М.В.Келдыш увеличивает возможности этого двигателя по тяге до 5 кг /4,л.3/.
К какому классу двигателей следует отнести ОP-I? Некоторые авторы полагают, что к воздушно-реактивному /4,с.3; 5,с.55-56/. Вряд ли с таким однозначным утверждением можно согласиться. Скорее прав профессор Е.С.Щетинков, который, комментируя работу Цандера /I/, пишет: "В качестве окислителя для простоты был выбран атмосферный воздух. Тем не менее схема, методика расчета и испытания двигателя характерны для ЖРД" Л,с.206/. То же утверждает и историк техники кандидат технических наук Б.Л.Белов. Он пишет: "...Лишь агрегатное состояние окислителя не позволяет строго классифицировать его как жидкостно-ракетный двигатель, в то время как в своей конструкции ОP-I содержал почти все элементы, присущие жидкостно-реактивным двигателям с вытеснительной системой подачи компонентов топлива и принудительной системой зажигания. Поэтому, принимая во внимание разнофазовое состояние компонентов топлива, можно, по современной терминологии, определить двигатель ОP-I как экспериментальный ракетный двигатель, работающий по принципу (схеме) жидкостно-ракетного двигателя на топливе смешанного агрегатного состояния /6,с. 168-189/.
Создание ОP-I имеет свою историю. В рукописи Цандера "Расчеты отдельных узлов и элементов поршневых и реактивных двигателей" начатой 23 марта 1919 г., есть эскиз паяльной лампы, положенной впоследствии в основу конструкции опытного двигателя /7/.
Через десять с лишним лет, 4 декабря 1929 г., в своем письме секретарю авиасекции Закосоавиахима Э.В.Луценко, Цандер пишет: "В настоящее время я... строю опытный реактивный двигатель, в котором исходной конструкцией служит бензиновая паяльная лампа; предполагается исследовать на нем весьма важные температурные условия в ракете, затем ракету, работающую частично металлическим топливом, и ракету, приспособленную к летанию в воздухе притягиванием наружного воздуха. Она будет, вероятно, испытана в лыжном станке, или на лодке, или на трехколесном мотоцикле" /8, л.2/.
К истории создания и отработки ОP-I справедливо будет отнести работы по экспериментальной установке ОР-0. Она больше известна как компрессор для подачи воздуха в ОP-I, но использовалась и в качестве установки, имитирующей работу реактивного двигателя. Вот как сообщается об этом в документах Архива АН СССР:
3 и 29 апреля 1931 г. Цандер делает записи в своем рабочем дневнике о том, что некоторые вопросы экспериментов с ОР-0 обсуждались им с Н.С.Крутиковым. Инженер Крутиков в начале 30-х годов работал в винтомоторном отделе Центрального аэрогидродинамического института (ЦАГИ). В Архиве АН СССР есть его воспоминания о работе с Цандером /9,л.67-68/. Крутиков пишет, что Цандер "...проводил в винтомоторном отделе опыты по сжиганию бензино-воздушной смеси в небольшой камере, к которой было приделано сопло Лаваля", что установка состояла из двух двигателей внутреннего сгорания, один из которых использовался как ведущий, другой - как компрессор.
Об этой же установке сообщает в своих воспоминаниях и механик ЦАГИ М.П.Шухтирев, ее он монтировал в 1930 г. /9,л.41-42/. На массивных деревянных брусьях крепились два двигателя внутреннего сгорания - Де Дион Бутон (ведущий) и Бразье (ведомый), работал как компрессор. Но последний, - пишет Шухтирев, - ...поджимал не чистый воздух, а воздух, смешанный с бензином, потому что воздух засасывался... через карбюратор, а к карбюратору из бака был подведен бензин... Но всосанная смесь в цилиндрах не зажигалась, а выхлопывалась через выхлопные клапаны... На конце выхлопной трубы была прифланцована в виде груши камера сгорания. В этой камере и поджигалась горючая смесь. Зажигание осуществлялось обычной электросвечой... Выход из камеры шел через реактивное сопло. Перед соплом стояли специально сделанные весы с диском. Диск стоял перпендикулярно струе выходящего из сопла пламени... Таким образом, посредством рычажных передач, осуществлялся замер тяги... Реактивная струя была пульсирующей, так как мотор был четырехтактный. Шухтирев пишет, что несмотря на несовершенство установки, Цандер был в восторге.
Точто так же описывает методику эксперимента и Крутиков, сообщая при этом, что "...Каждая новая порция смеси поджигалась остатками горячих газов, еще находившихся в камере сгорания, или нагретыми стенками камеры, которая к концу опытов нагревалась до вишнево-красного каления". И здесь же он добавляет, что проводившиеся в ЦАГИ опыты "... по-видимому, являлись частью экспериментальных работ Ф.А.Цандера, связанных о созданием на базе паяльной лампы его первого реактивного двигателя ОP-I" /9,л.67,68/. Эту установку Цандер предполагал в дальнейшем применить "... к весьма большому количеству разнообразных реактивных двигателей" /10.л.1/.
Путем сопоставления записей в дневнике и воспоминаний Крутикова и Шухтирева можно установить время проведения экспериментов на этой установке. Шухтирев называет 1930 г. Крутиков утверждает, что на ней проводились работы, связанные с созданием ОP-I, следовательно, до создания этого двигателя, до огневых испытаний его, состоявшихся 18 сентября 1930 г. В дневнике, первая запись в котором датирована 5 сентября 1930 г., не содержится сведений о проведении каких-либо экспериментов на базе этой установки. Сами по себе упоминания в дневнике об ОР-0 встречаются в январе, апреле и августе 1931 г., сообщают не о проведении экспериментов, а о составлении отчета об уже проделанной работе, о переоборудовании и ремонте установки /II,с.92-93/.
Первые огневые испытания ОP-I состоялись, как уже упоминалось, 18 сентябоя 1930 г. Им предшествовали, как это записано в рабочем дневнике Цандера /2/ подготовительные работы:
- "8/IX-30 г. Осмотр и распоряжения относительно опытного прибора ОP-I...
- 9/IХ-30 г. Приемка оп.прибора ОP-I в медницкой...
- 11/IX-30 г. Сборка оп.прибора ОP-I в медницкой...
- 12/IX-30 г. Справка к оп.прибору ОP-I...
- 14/1Х-30 г. Работы по опытн.прибору ОP-I: доставка добавочных частей из лаборатории, предварительные испытания в холодном виде...
- 16/IX-30 г. Сборка опытного прибора ОP-I, доставка нового жиклера с зав.27...
- 18/IX-30 г. Опыты с опытным прибором ОP-I в медницкой..." Затем идут записи об опытах с ОP-I 19,20,23,24,25,28 и 30 сентября. Всего в дневнике сделаны записи о 59 опытах с этим двигателем.
Судя по дневнику, Цандер после каждого опыта писал подробный протокол. К сожалению, ни один из них пока не выявлен. Правда, следы их есть. 19 апреля 1932 г. Цандер записал в своем дневнике: "...Составление описи копиям протоколов с ОP-I". Эта запись сделана им накануне перехода из Института авиационного моторостроения (ИАМ) в ГИРД. Вполне возможно, что накануне перехода он снял копии с нужных ему документов, а подлинники протоколов, как отчетный материал, отложились в фонде технической документации ИАМ, где и хранятся по сей день.
Кроме упомянутых записей о 59 опытах с ОP-I в рабочем дневнике Цандера есть еще 205 записей о различных работах, связанных с расчетами двигателя, его деталей и режимов работы, различного рода заказами на изготовление деталей, о подготовке двигателя к экспериментам и оформлением их результатов. Особенно интенсивно работал Цандер после того, как совещание у зам.директора ИАМ "вполне освободило его для работы по ракетам" /3/ (запись от 25 февраля 1931 г.).
Многие эксперименты Цандер проводил с помощью студентов МАИ Н.И.Ефремова, Г.И.Иванова, В.А.Федулова. Записи в дневнике свидетельствуют о присутствии при экспериментах профессоров Н.А.Рынина, А.В. Квасникова, гирдовцев С.П.Королева, С.А.Победоносцева и Б.И.Черановского, ответственных работников Технического штаба и Управления военных изобретений Начальника вооружений РККА, студентов МАИ, слушателей Военно-воздушной академии им.Н.Е.Жуковского.
На эксперименты с ОP-I Цандер возлагал большие надежды. Они давали возможность проверить соответствие расчетных и экспериментальных данных, значение изменения соотношения компонентов топлива, влияние изменения температуры рабочего тела на его состояние, вплотную подойти к исследованию внутрикамерных процессов, проверить правильность методики определения основных параметров двигателя, проанализировать особенности и эффективность вытеснительной системы подачи топлива в камеру сгорания.
Особо следует остановиться на предложении Цандера о сжигании металлов. Еще в сентябре 1924 г. он производит "Расчет ракет, выбрасывающих из своего жерла одновременно летучие и твердые продукты горения или материалы вообще" /12,л.1-2/, тем самым делая, насколько нам известно, впервые в истории расчеты, связанные с получением лучшего соотношения масс за счет утилизации в качестве добавок к топливу отработавших металлических элементов конструкции.
4 декабря 1929 г. в своем письме Луценко Фридрих Артурович сообщает о первых практических шагах в этом направлении: "...Я осенью прошлого года изготовил ряд сплавов легких металлов, содержащих магний, а также и несколько штук распылителей для всех сплавов, имея в виду в дальнейшем использование этих сплавов в качестве частичного топлива в реактивном двигателе" /8,л.2/.
Можно привести и другие примеры. 9 ноября 1931 г. Цандер записал в рабочем дневнике: "...Собрал прибор ОР-1 для опыта с жидким металлом", 19 июня 1932 г. - "...Обсуждение кожуха для тигля для расплавленного металла", 20 июня того же года: "Руководство работами по группе: по тиглю для расплав. металла, по установке ОP-I для опытов на полигоне" /3/.
Идею Цандера о сжигании металлических элементов конструкции реализовать пока не удалось. Но попытки такие были. В 50-е годы в одном из НИИ разрабатывалась тема "Создание экспериментальной ракеты с отбросом массы конструкции", но завершена она не была из-за проводившихся организационных мероприятий.
В связи с ОP-I нельзя не отметить, что в документах Цандера ясно прослеживается линия на последовательную активизацию окислителя, включая переход к жидкому его агрегатному состоянию. Вновь обратимся к рабочему дневнику. Запись 25 октября 1931 г.: "Руководил проектированием баков д/кислорода и бензина для ОP-I и подвески к ОP-I": 2 июня 1932 г. - "Обсуждение схемы испытания ОP-I с кислородом" /3/. Работы такого рода в ГИРДе планировались, о чем свидетельствует "Программа и сроки работ по группе инж.Цандера на 1932 год", датированная 21 мая 1932 г. /13,л.1-4/, в которой есть специальные разделы "ОP-I с кислородом" и "ОP-I в движении с кислородом". В первом разделе 18 пунктов, в том числе "16. Общий вид ОP-I с питанием от кислородного бака на 3 литра", а во втором разделе предполагалось:
"I. Установка на велосипеде.
2. -"- на лодке.
3. -"- на лыжных санях...
5. Установка на планере".
Опытная установка ОP-I использовалась во взаимосвязи с теоретическими исследованиями по ЖРД. Обширный комплекс выполненных на ней экспериментов позволил Цандеру без каких-либо промежуточных этапов приступить к созданию авиационного ЖРД для практического применения - ОР-2.
В.М.Комаров
1. Цандер Ф.А. Расчет опытного ракетного двигателя ОP-I. Цит. по: "Ф.А.Цандер. Проблема полета при помощи реактивных аппаратов". М., 1961.
2. Архив АН СССР. Ф.573. Оп.З. Д.38. Л.1-27.
3. Там же. Д.57. Л.1-10.
4. Там же. Р.4. Оп.14. Д.215а.
5. Петрович Г.В., Иванов Н.В. Об освещении творческого пути Ф.А.Цандера// Труды первых Чтений, посвященных разработке научного наследия и развитию идей Ф.А.Цендера . Секция "Исследование научного наследия Ф.А.Цандера". М., 1972.
6. Белов Б.Л. Фридрих Артурович Цандер (1887-1933). Научно-биографический очерк//Ф.А.Цандер. Проблемы межпланетных полетов. М.,1988.
7. Архив АН СССР. Ф.573. Оп.1. Д.25.
8. Там же. On.4. Д.5.
9. Там же. Р.4. Оп.14. Д.224.
10. Там же. Д.573. Оп.1. Д.170.
11. Комаров В.М., Тарасенко И.Н. Рабочий дневник Ф.А.Цандера как исторический источник//Труды вторых Чтений, посвященных разработке научного наследия и развитию идей Ф.А.Цандера. М., 1974.
12. Архив АН СССР. Д.573. Оп.1. Д.64.
13. Там т. Оп.З. Д.51.