- Часть 1
- Часть 3
В первых двух частях (1, 2) мы провели краткий экскурс в занимательное ракетоведение, чтобы помочь конспирологам обосновать теорию медленного «Сатурна-5». В этой части мы приложим ещё некоторые усилия и зададимся главным вопросом.
Краткое содержание первых двух частей
Мы убедились, что при надёжно определённых данных о стартовой тяговооружённости (измеренной по времени покидания башни обслуживания) и времени работы первой ступени невозможно заставить ракету двигаться так медленно, как считают конспирологи, если только у ракеты фиксирована тяга двигателей. Меньшая тяга почти никак не скажется на конечной скорости (лишь немногим увеличит аэродинамические потери), худшая эффективность двигателей (меньший удельный импульс), вопреки интуиции, только ускорит ракету. Некоторого уменьшения скорости можно добиться лишь за счёт более низкой траектории и возросших из-за этого аэродинамических потерь и потерь во всё том же удельном импульсе. Но добиться уменьшения конечной скорости на 1,1—1,3 км/с этими способами физически невозможно.
У нас остаётся единственный способ замедлить «Сатурн-5»: уменьшить в полёте тягу его двигательной установки. Посмотрим, что для этого требуется и какого результата мы сможем добиться. Поначалу мы не будем задаваться вопросом «зачем?», ограничившись ответом «так надо!» Так надо, чтобы получить конспирологически-медленную ракету. Вопрос «зачем?», конечно, тоже не останется не отвеченным, но сейчас мы постараемся ответить на вопрос «как?»
Дросселирование двигателей
Вероятно, это первая мысль, которая приходит в голову. Чтобы ракета летела медленнее, мы не можем запускать её на пониженной тяге: она либо не взлетит, либо будет слишком медленно покидать башню обслуживания. Но мы можем попробовать уменьшить тягу двигателей в полёте! Тогда, действительно, ракета начнёт разгоняться медленнее, и мы действительно сможем достичь малой конечной скорости.
К сожалению, на этом пути нас поджидает сложная проблема: нам придётся создать дросселируемый двигатель первой ступени. Причём глубоко дросселируемый, потому что тягу придётся уменьшить сильно. Но дросселируемый ракетный двигатель создать гораздо сложнее, чем двигатель постоянной тяги. На это есть много причин, одна из главных — неустойчивость горения и вызванные этим колебания. Борьба с колебаниями — одна из главных сложностей при создании жидкостного реактивного двигателя. Известно, что создатели F-1 (двигателя первой ступени «Сатурна-5») потратили много усилий на то, чтобы добиться устойчивого горения. Однако двигатель, устойчиво работающий при одном значении тяги, потеряет устойчивость при другом значении, и неважно, будет при этом тяга увеличена или уменьшена: уменьшение тяги не поможет сделать горение устойчивее, если камера сгорания остаётся неизменной. Наоборот, двигатель, устойчивый при высокой тяге, может оказаться неработоспособным при низкой. Например, главные двигатели «Шаттла» невозможно было дросселировать ниже 65 % от номинала (хотя поначалу НАСА желало возможности более глубокого дросселирования), а в последствии и эта цифра была повышена до 67 %, поскольку выяснилось, что при меньшей тяге могут возникнуть колебания, связанные с работой турбонасосного агрегата.
Требуется приложить особые усилия, чтобы двигатель мог устойчиво работать в широком диапазоне тяг. Имеются и другие причины, почему создание глубоко дросселируемого двигателя требует значительно бóльших усилий (трудности с охлаждением при пониженной тяге, создание турбины, эффективно работающей при разных расходах, и т. п.) Достаточно сказать, что в ту эпоху существовал лишь один глубоко дросселируемый двигатель, который использовался в космосе: этим двигателем был LMDE, двигатель посадочной ступени лунного модуля! Но его тяга была меньше 1 % от тяги двигателя первой ступени «Сатурна-5».
Таким образом, дросселирование двигателей первой ступени — чрезвычайно сложная техническая задача, фактически не решённая в эпоху «Аполлонов». Но если мы предположим, что аферисты всё-таки сумели её каким-то образом решить для фальшивого «Сатурна-5», нам придётся придумать веские обоснования для такого предположения.
Вывод №1: можно уменьшить тягу двигателей путём дросселирования, но создать глубоко дросселируемый двигатель намного сложнее, чем недросселируемый.
Отключение части двигателей
В отличие от дросселирования, отключение части двигателей — стандартная и относительно легко выполнимая процедура. Достаточно вспомнить, что и у «официальной» ракеты центральный двигатель отключался в полёте примерно на 135 секунде, чтобы уменьшить перегрузки. А что, если на ракете отключить больше двигателей, и сделать это раньше? Например, два диагональных боковых двигателя или даже два боковых и центральных? Конечно, отключить нам их придётся очень рано, буквально через несколько десятков секунд после старта (а то ракета успеет набрать слишком большую скорость) — так отключим же!
Это будет работать. Таким образом мы действительно уменьшим тягу и заставим ракету лететь медленнее. Но... Здесь есть большое «но». Отключить двигатели можно. Но этого нельзя сделать незаметно. Отключать двигатели придётся тогда, когда ракета ещё будет у всех на глазах, лишь в нескольких километрах от стартового комплекса. Её сопла видны всем собравшимся — а ведь люди пришли с биноклями, фотоаппаратами и даже кинокамерами! И если тут мы отключим двигатели, но не объявим о технической проблеме на борту, а расскажем, что ракета успешно доставила людей к Луне — проблемы возникнут у нас, и уже совсем не технического характера.
Разумеется, существует множество записей старта «Сатурна-5». Вот, например, запись прямого эфира при запуске экспедиции «Аполлона-11». Эти телевизионные кадры шли на всю страну. Записи с технических кинокамер имеют и вовсе бесподобное качество. У ракеты работают все двигатели, по крайней мере первые две минуты. Ничего не отключается раньше. Есть и видеозаписи в момент разделения, где хорошо видны горячие сопла только что отключившихся боковых двигателей: они работали до самого разделения ступеней.
Вывод № 2: можно уменьшить тягу ракеты, отключив часть двигателей, но это невозможно сделать незаметно — и этого не было сделано.
Мы получили, таким образом, единственно возможное решение задачи «Как сделать медленную ракету, чтобы это не было замечено моментально». И это решение — глубоко дросселировать двигатели ракеты вскоре после старта. А для этого, конечно, придётся приложить экстраординарные усилия и создать глубоко дросселируемые двигатели. И теперь самое время ответить на вопрос:
Зачем?
Итак, мы уже создали ракету и двигатели для неё. Неизвестно и неважно сейчас, может ли наша ракета доставить людей на Луну или нет. Может быть, это неправильная ракета. Может быть, мы не смогли создать двигатели F-1 с нужной тягой. Может быть, нам удалось добиться тяги лишь в 2—3 или даже 4 раза меньше нужной, и мы не сможем отправить ею людей на Луну, потому что нам пришлось облегчить ракету в те же 2—3 или даже 4 раза.
Но созданные нами двигатели могут оторвать нашу ракету от Земли. И не только оторвать! Они могут сообщить ей ускорение в 1,2 раза больше её веса — а значит, на наших двигателях ракета может лететь с таким же ускорением, как правильный «Сатурн-5». И по виду наша ракета неотличима от правильного «Сатурна-5». Всё обстоит ещё лучше: наши двигатели могут разгонять ракету все 161 секунду! То есть даже если мы не сможем отправить этой ракетой людей на Луну, то по крайней мере она сможет лететь так же, как правильная ракета, и достичь правильной скорости к моменту отделения первой ступени. Может быть, мы и вовсе не смогли сделать вторую-третью ступень, и остатки ракеты обречены упасть в океан. Но первая ступень сможет отработать как надо!
Но мы чем-то недовольны. Что-то мешает нам запустить нашу неправильную ракету по правильной траектории. Зачем-то мы разрабатываем вместо простых недросселируемых двигателей гораздо более сложные дросселируемые двигатели. Причём мы должны начать их разработку с самого начала, мы должны знать что-то, что потребует от нас именно глубоко дросселируемых двигателей: для правильной ракеты такие двигатели не нужны, а переделать недросселируемые двигатели в дросселируемые — это, по сути, создать их заново. Итак, мы с самого начала делаем дросселируемые двигатели, будто зная, что на Луну слетать у нас не получится, и после старта ракеты уменьшаем их тягу.
Зачем?! На этот вопрос мы попробуем найти ответ в последней части статьи.
С вами тайны медленной ракеты безуспешно пытался понять El Selenita.