- Часть 1
- Часть 4
В первых трёх частях (1, 2, 3) мы усиленно помогали конспирологам обосновать теорию медленного «Сатурна-5». В последней части мы постараемся ответить на вопрос «Зачем так делать?» и подведём итоги.
Краткое содержание первых трёх частей
Как мы смогли увидеть, при заданной стартовой тяговооружённости (определённой по времени покидания башни обслуживания) и времени работы первой ступени есть один способ заставить ракету двигаться медленно: уменьшить её тягу в полёте. Это можно сделать, либо отключив часть двигателей в полёте, либо глубоко дросселируя их. Первый вариант прост, но не работает на практике: если мы отключим двигатели вскоре после старта, когда ракета ещё не успела удалиться от космодрома, их отключение заметит вся округа. Но округа ничего не заметила, и на имеющихся видеозаписях 4 двигателя из 5 работают до конца, а пятый отключается незадолго до разделения. Второй способ крайне труден технически: создание глубоко дросселируемого двигателя намного сложнее, чем недросселируемого. В 60-е годы не существовало ракет с глубоко дросселируемыми двигателями (тем более на первой ступени).
И если конспирологи настаивают, что ракета всё-таки летела медленно, то придётся объяснить: зачем её создатели сделали её такой медленной? У них могли быть трудности с тем, чтобы создать достаточно грузоподъёмную ракету, но эти трудности сами по себе не могли стать причиной, почему их ракета летит медленно. Ведь намного проще создать ракету, которая на этапе первой ступени будет лететь правильно, пусть даже она и не доставит на орбиту нужный груз.
Итак, зачем?
Предположим, что в процессе создания мы обнаружили: наши двигатели не только не обеспечивают заданную тягу, но вдобавок недостаточно эффективны. Может быть, они потребляют для создания тяги слишком много топлива, и у нас его просто не хватит на 161 секунду полёта? А потому мы вынуждены «прикрутить газ» в полёте, чтобы пролететь ту самую 161 секунду с включёнными двигателями?
Однако если, как утверждают конспирологи, тяга двигателей F-1 была намного меньше официальной, то эта проблема не существует! Ведь тогда нам всё равно придётся облегчить ракету, чтобы она могла стартовать с нужным ускорением. Это проще всего сделать, не заправляя верхние ступени и корабли (всё равно ведь ракете не суждено выйти на орбиту), а в баках первой ступени достаточно места, чтобы обеспечить топливом пусть неэффективные, но маломощные двигатели. Например, если стартовая тяга каждого двигателя была лишь 400 тонн (вместо официальных ~700 тонн), а стартовый УИ лишь 220 секунд (керосиновый двигатель с худшим удельным импульсом, пожалуй, невозможно себе представить), то на 161 секунду полёта, при отключении одного двигателя на 135 секунде, ракета израсходует 5•(400/220)•156 ≈ 1420 тонн топлива (напомним, что здесь 156 секунд — приведённое время работы ступени с неотключаемым центральным двигателем). В баках для этого топлива совершенно точно хватит места, ведь они способны вместить более 2000 тонн. Ёмкость баков первой ступени близка к 2150 тоннам! При этом ракету придётся облегчить до 400/700 от исходной стартовой массы 2950 тонн, то есть до 1690 тонн. На конструкцию ракеты останется 1690 - 1420 ≈ 270 тонн, и это больше, чем весила конструкция настоящего «Сатурна-5» вместе с кораблями, так что даже останется запас. Если воспользоваться формулами из предыдущих частей статьи, то можно легко убедиться, что такая ракета разгонится до 2,7 км/с, даже если мы по-прежнему сочтём, что аэродинамические потери возрасли вшестеро, а коэффициент роста УИ лишь 1,05:
Это даже больше, чем у настоящего «Сатурна-5»! (Как мы помним, снижение УИ крайне благотворно сказывается на росте приводит к неизбежному росту конечной скорости, если время работы двигателей фиксировано). При такой скорости ракета легко сможет подняться на большую высоту, где коэффициент роста УИ будет ещё больше, и скорость приблизится к 3 км/с! Вот такую ракету действительно придётся притормаживать, чтобы её не разоблачили из-за слишком большой скорости!
Но, может быть, нам всё-таки удалось сделать двигатели правильной тяги, а удельный импульс подвёл? В этом случае, конечно, топлива нам на полное время работы на номнальной тяге не хватит. При УИ 220 секунд ракета израсходовала бы 5•(700/220)•156 = 2480 тонн за время работы ступени, тогда как в баках есть место лишь примерно для 2150 тонн. Следовательно, придётся каким-то образом сэкономить около 350 тонн. Вот в этом случае действительно помогло бы дросселирование двигателей. Оценим степень дросселирования, если тягу снизить через 20 секунд после старта: за первые 20 секунд на полной тяге двигатели использовали бы 5•(700/220)•20 ≈ 320 тонн топлива, и на оставшееся приведённое время 136 секунд им оставалось бы 2150 - 320 = 1830 тонн. Следовательно, ракета в оставшееся время должна была развивать тягу около (1830/136)•220 = 2960 тонн. Это составляет лишь 85 % от стартовой тяги 5•700 = 3500 тонн.
Другим выходом было бы отключение центрального двигателя примрно на 100 секунд раньше, через полминуты после старта, но это не могло бы остаться незамеченным. В обоих случаях ракета достигла бы примерно одной и той же скорости, ведь количество использованного топлива всё равно будет одно и то же — а именно то, что вмещается в баки, то есть 2150 тонн. Какая же это скорость? Аэродинамические потери такой тяжёлой ракеты возрастут уже совсем незначительно (или даже совсем не возрастут: ведь скорость ракеты, от квадрата которой зависят потери, будет несколько меньше). Если даже считать, что аэродинамические потери возрастут с 50 м/с до 200 м/с, а коэффициент роста УИ не поднимется выше 1,05, то конечная скорость будет
и это явно заниженная оценка!
Казалось бы вот она, медленная ракета? Увы. Даже минимальная оценка 1,5 км/с всё равно почти в полтора раза выше, чем насчитали Попов сотоварищи. Но чтобы их получить, разработчикам пришлось не только справиться с задачей создания 700-тонного двигателя, но и сделать этот двигатель глубоко дросселируемым! Они сумели преодолеть и неустойчивость горения в широком диапазоне тяг, и другие всевозможные колебания, и проблемы охлаждения.
Разумеется, сама ситуация, когда дросселирование понадобилось для экономии топлива, является совершенно нереалистичной: гораздо проще сделать двигатель с вполне обычным удельным импульсом, нежели сделать глубоко дросселируемый ЖРД! Разработчики не могли не знать этого в самом начале и не стали бы разрабатывать дросселируемый двигатель в качестве решения ещё не вставшей перед ними проблемы недостающего удельного импульса. А если бы с недостатком УИ они столкнулись бы в процессе разработки, то уж во всяком случае не стали бы решать проблему путём превращения двигателя в дросселируемый: сложностей на этом пути (а с ними и рисков) гораздо больше. Обратное равнозначно тому, как если бы разработчики «кукурузника» столкнулись с трудностями при конструировании крыльев, и для их решения стали бы переделывать самолёт в сверхзвуковой. Даже организация для недостающего топлива дополнительных баков во второй ступени представляется гораздо более простой задачей: это потребовало бы лишь двух дополнительных магистралей и насосов и решило бы все проблемы.
Промежуточный итог: хотя и возможно придумать крайне нереалистичную ситуацию, в которой дросселирование двигателей может быть осмысленным, но и в этой ситуации ракета никак не получается медленной. По крайней мере настолько медленной, как уверяют конспирологи. Ракета будет всего лишь несколько неторопливой.
Можно ли добиться ещё меньшей конечной скорости? Можно. Но для этого понадобится дросселировать двигатели ещё глубже. Давайте попробуем решить обратную задачу: зададимся минимальным удельным Isp,o = 220 секунд, минимальным коэффициентом роста тяги k = 1,05, максимальными потерями ΔV = 1700 м/с и найдём, какая тяговооружённость W должна быть у ракеты, чтобы она могла достичь конечной скорости V = 1100 м/с (это даже больше, чем предположил Попов)? Нам нужно решить простое уравнение
и его решением будет W = 1,0. Это соответствует уже довольно глубокой степени дросселирования (1/1,20)•100 % = 83 %. Разумеется, ракета с такой низкой тяговооружённостью не сможет стартовать даже нормально стартовать, пока не выработает часть топлива. Однако как минимум первые 11 секунд ракета должна иметь тяговооружённость W = 1,2, чтобы взлететь и при этом соответствовать записям камер. А это значит, что впоследствии дросселирование придётся увеличить глубже 83 %. Сможем ли мы сделать это сразу после прохождения башни, быстро снизив тягу двигателей? Разумеется, нет, иначе наша ракета тут же упадёт. Нам придётся ещё некоторое время лететь с тяговооружённостью существенно больше единицы: в противном случае ракета практически перестанет разгоняться, и это не сможет не заметить вся округа, ведь ракета ещё находится прямо над стартовой площадкой. Однако чем больше мы разгоняемся с высокой тяговооружённостью, тем больше скорость мы набираем, и тем сильнее придётся уменьшать тягу двигателей в дальнейшем, и, следовательно, тем глубже придётся дросселировать двигатели. Причём дросселирование придётся выполнять плавно, чтобы не было заметно резкого изменения факела и звука. Таким образом, придётся обеспечивать работоспособность двигателя в очень широком диапазоне тяг. И это при размере камеры сгорания как у F-1? Решать такую задачу никто в мире не брался до сих пор... Пожалуй, именно об этом можно сказать «миссия невыполнима». А главное, не нужна и бессмысленна.
Так почему же ракета медленная?
Неизбежный вывод один: ракета может быть медленной только потому, что её сделали такой специально. Причём это не могло решить ни одной реальной задачи: на самом деле создателям ракеты пришлось преодолевать сложнейшие (и не решённые в ту пору) технические проблемы для замедления ракеты. А именно, им пришлось специально создавать глубоко дросселируемые ЖРД, чтобы замедлить ракету в полёте на глазах у зрителей (и неизбежно рискуя при этом разоблачением). Никакой другой задачи, кроме как создать медленную ракету в угоду конспирологам, перед разработчиками, выходит, и не стояло? И именно ради этого они преодолевали искуственно созданные проблемы? Из теории медленной ракеты следует, что именно так оно и было. Никаких более разумных причин, чтобы ракета летела медленно, существовать не может.
И всё же — почему нет?
Но предположим вопреки здравому смыслу: разработчики, руководствуясь какими-то неведомыми нам соображениями и приложив геройские усилия по созданию глубоко дросселируемого двигателя, всё-таки создали его, заправили верхние ступени и запускали «медленную ракету». Ведь если это теоретически возможно, то значит, возможно и на практике? Может, этим они давали нам тайный знак?
Увы, нет. Медленная ракета, не долетев десятки километров по высоте и дальности, сразу выдала бы себя людям на всех окрестных пляжах. Не имея представления о ракетах, не интересуясь ими и никогда не видя их стартов, конспирологи могут легко предположить, будто можно незаметно недолететь до места разделения десятки километров на глазах у сотен тысяч людей. Но мыс Канаверал всегда привлекал к себе людей не просто любопытных, но очень любопытных. А старты к Луне привлекали внимание людей, в деталях знающих, как должны лететь ракеты, благо все данные широко публиковались в открытой печати. Может ли Ан-225 «Мрия» сделать «мёртвую петлю» на авиашоу или полететь хвостом вперёд так, чтобы об этом не написали вечерние газеты? Что с того, что на авиашоу множество людей? Откуда праздным зевакам знать, что может и что не может Ан-225, ведь на авиашоу самолёты только и делают, что выполняют фигуры высшего пилотажа! Нет, это не может пройти незамеченным, ведь авиашоу привлекает не только праздных зевак. Старты к Луне тоже привлекали не только праздных зевак. Да и могли ли фальсификаторы хотя бы решиться запустить ракету настолько неправильно на глазах у сотен тысяч людей, понимая, что среди них точно будут не только праздные зеваки? И повторить это 13 раз подряд? С тем же успехом можно несколько лет подряд на мировом авиашоу вместо полёта нового авиалайнера покывать буксируемую самолётом деревянную модель-планер с расчётом, что никто ничего не заметит, а если кто и заметит, то никому не расскажет.
И ведь никто не рассказал! А значит, это не была модель. Это не были неведомые миру дросселируемые F-1. Это была настоящая ракета. Которая не летела ни медленно, ни быстро, но летела как следует.
На этом наш экскурс в медленное ракетостроение подошёл к концу. С вами «Сатурн-5» тормозил, но не преуспел в этом El Selenita.