Из пушки в космос. Как американцы стреляли снарядами на 180 километров в высоту.

1950—1960-е годы — время удивительных экспериментов. Ракетная индустрия еще только вставала на ноги. Запуск спутников был делом куда более рисковым, намного чаще попытки заканчивались неудачами, а ракеты были ненадежными, дорогими и сложными. Сегодня мы расскажем о самой американской идее запуска спутников в космос — гигантской пушке, которая полвека назад стреляла снарядами на 180 километров в высоту. И о ребятах, которые хотят возродить этот проект сегодня.

Между американской армией, военно-морскими и военно-воздушными силами в начале космической эры была своеобразная гонка за контроль над новым направлением — космическими запусками. Именно армия вывела на орбиту первый спутник США. Успех надо было закрепить, а потому идея канадского доктора Герри Булла по запуску спутников с помощью пушек приглянулась военным.

Проект HARP

Булл экспериментировал с возможностью подобных запусков в 1950-х годах. Он реализовал много небольших проектов, связанных с баллистикой и, в частности, с высокоскоростными пушками, заработав международную репутацию в этой области и в процессе работы завязав много контактов с американскими военными и учеными в этой сфере.

Летом 1961 года Булл вместе с американцем Дональдом Морделлом разработал планы проекта HARP (High Altitude Research Project — проект высотных исследований). Морделл начал искать финансирование. В итоге проектом заинтересовались как в Канаде, так и в США.

Ученые так спешили начать, что купили для проекта самую большую артиллерийскую установку в американском арсенале — 16-дюймовую пушку в комплекте с излишками пороховых зарядов. Американская армейская Лаборатория баллистических исследований выделила сверхмощный кран для ее перемещения и радарную систему слежения почти за миллион долларов.

Американским военным нужны были данные о составе атмосферы в ее высоких слоях, чтобы строить новые мощные самолеты и ракеты. Пушка, стреляющая зондами в тот регион, для этих целей подходила. Ну и упомянутый выше конфликт между армией и ВВС за контроль над космосом нельзя было списывать со счетов.

Окончательной целью проекта HARP было создание спутниковой пусковой установки. А потому вместо изначальной локации на севере от канадского Квебека отказались и выбрали место поближе к экватору, чтобы воспользоваться дополнительной скоростью, которая передается от вращения Земли.

Остров Барбадос, расположенный на 13 градусов севернее экватора, подходил для этого как нельзя лучше, так как там уже были две исследовательские станции. Территория же падения снарядов располагалась над Атлантическим океаном, так что шанс причинить разрушения был минимальным. На Барбадосе начала обустраиваться исследовательская площадка, которая в будущем увидит не одну сотню «бабахов» разной громкости.

В марте 1962 года Морделл и Булл на официальной пресс-конференции анонсировали проект HARP и модель снаряда «Мартлет» — начинку, которой и собирались стрелять в небо. В апреле началась заливка бетонного основания для пушки. Ее надо было установить вертикально. К концу лета были построены мастерские, складские здания, топливные склады, телеметрические и радиолокационные установки, а также множество других объектов. Местность начала напоминать настоящую стартовую площадку, но первый выстрел мегапушки пришлось отложить из-за Карибского кризиса и ожиданий большой войны.

Пушка впервые подала голос только 20 января 1963 года. Впервые в истории орудие такого калибра выпустило в небо тестовый снаряд почти под прямым углом. Он весил 315 килограммов и разорвал воздух на начальной скорости 1000 м/с. Весь полет занял чуть меньше минуты. Снаряд поднялся на высоту до 3 километров, а затем упал в километре от берега.

На следующий день стреляли уже специально спроектированным снарядом «Мартлет 1». Он взлетел куда выше — на высоту 26 километров — и находился в воздухе 145 секунд. Потом был выстрел на 27 километров и пуск первого снаряда с радиопередатчиком. Тесты оказались успешными, ученые отправились переделывать модель снаряда. Его вторая версия в апреле 1963 года смогла подняться на высоту 92 километров, побив тем самым предыдущий рекорд, который составлял чуть более 70 километров. Но до официальной границы с космосом — линии Кармана — не хватило 8 километров.

Впечатленная первыми успехами, американская армия увеличила финансирование проекта. До конца года запустили еще 20 «Мартлетов», каждый из которых уверенно преодолевал высоту в 80 километров. Эти запуски были относительно дешевыми — $3000 за каждый — куда дешевле ракетных пусков. Да и производить их можно было с интервалом всего лишь в час. А частота успешных пусков (то есть выстрелов) была несравнимо больше. Да и кое-какие данные по атмосфере на тех высотах удалось собрать. Всего за время существования проекта вторые «Мартлеты» были запущены более 200 раз.

В 1964 году решено было увеличить мощность выстрелов за счет удлинения ствола 16-дюймовой орудийной системы. Это было связано с тем простым фактом, что более длинный ствол позволял топливным газам толкать снаряд в течение более длительного времени, что приводило к более высокой скорости при выходе из дула.

Для установки удлинителя к морде пушки сперва приварили фланец. Затем кронштейн был сварен в нескольких метрах от морды, чтобы можно было прикрепить стержни жесткости. Удлинитель ствола был оснащен собственным фланцем и имел кронштейн жесткости. Удлинитель установили, объединив два фланца, а затем закрепив стержни жесткости к обоим кронштейнам. Стержни жесткости были регулируемыми, чтобы обеспечить точное выравнивание ствола.

Скорость и высота полетов увеличилась. Но этот импровизированный удлинитель не продержался долго. На 11-м тестовом пуске он развалился. Тем не менее работы в этом направлении продолжились: пушку решили удлинить почти в два раза — до 36 метров. После реализации этого решения масса возросла до 100 тонн.

Аналогичная 16-дюймовая пушка была установлена вблизи американо-канадской границы. Ее также удлиняли, но дважды. В конце концов ее длина достигла 53 метров.

На протяжении всего своего существования проект HARP сталкивался с критикой со стороны бюрократов и ограничениями финансирования со стороны канадского руководства. К тому же США углублялись в ведение Вьетнамской войны — все внимание и финансы военных переключились туда.

В 1966 году в рамках проекта успели построить третью пушку на аризонской земле в США — схожую с той, что была на Барбадосе. Но там успели выполнить всего несколько пусков. Один из них стал рекордным: в ноябре 1966 года снаряд «Мартлет 2» запустили на высоту 180 километров. Достижение для того времени держится и по сей день.

Первой из проекта вышла канадская сторона. Суборбитальные исследовательские полеты не обеспечили достаточного дохода для финансирования продолжающегося проекта. Необходимо было, чтобы спутник вращался на орбите, но в рамках проекта HARP в обозримой перспективе выполнить это было невозможно.

У Булла в загашнике была версия снаряда «Мартлет 4» с ракетным двигателем на первой ступени. Однако воплотить его в жизнь он не успел. Вскоре за канадцами от финансирования проекта отказались и американцы. Армия проиграла гонку за контроль над космосом, а насущный горячий конфликт во Вьетнаме не располагал к финансированию полетов в облаках.

Пушки каждые 30 лет

Казалось бы, эту историю можно было бы похоронить да забыть. В последние десятилетия человечество научилось стабильно и с минимальным процентом отказов запускать аппараты в космос. Да, это по-прежнему обходится в кругленькую сумму, однако ничего лучше пока банально не существует.

Я как-то рассказывал про проект центрифуги SpinLaunch, которая будет запускать ракеты с помощью кинетической энергии. И у них даже появился контракт с NASA на испытательный запуск, во время которого и оценят перспективы проекта для коммерческого использования. Пока он больше похож на аттракцион с кучей нюансов.

Но и запуск с помощью пушки, как оказывается, также хотят возродить. Американская компания Green Launch представила водородную пушку для дешевого и экологичного вывода спутников на околоземную орбиту. Из нее даже успели демонстрационно бахнуть в декабре 2021 года.

Главный по научной части проекта — доктор Джон Хантер. Он известен тем, что в первой половине 1990-х, работая в Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса, возглавил проект Super HARP. То есть спустя 30 лет после первых попыток пострелять из пушки в космос была еще один заход.

Вместо одного прямого ствола в пушке SHARP использовалась L-образная конструкция из двух отдельных секций: стальной секции сгорания с насосной трубой длиной 82 метра и пусковой трубы (собственно, ствола) длиной 47 метров. Эти две секции были соединены под прямым углом. Основным топливом для производства выстрелов был водород, а стреляли небольшими снарядами весом около 5 килограммов. Проект задумывался как система запуска спутников с активной первой ступенью, однако в 1995 году его финансирование было свернуто.

Прошло 30 лет, и Хантер снова появился на радарах со своей инновационной системой запусков. Рекорд скорости снаряда, запущенного его системой на водороде, достигает 11,2 км/с. Правда, снаряд этот был совсем небольшим. Инженеры Green Launch планируют снизить скорость до 6 км/с, чтобы уменьшить износ ствола.

Естественно, при такой начальной скорости ни о каком выводе на стационарную орбиту Земли речи не идет. Green Launch собирается стрелять небольшими двухступенчатыми ракетами, которые будут ускоряться и направляться на корректную орбиту собственными двигателями.

По оценкам Green Launch, задействованные силы ускорения достигнут пика примерно в 30 000 G. По заявлениям специалистов компании, это не представляет проблемы даже для многих стандартных электронных компонентов, а для небольших защищенных спутников и вовсе не должно быть препятствием.

Говорят, что стоимость запусков будет минимальной — может, десятая часть от затрат на стандартный запуск с ракетой-носителем. К тому же водород чище и экологичнее, а владельцы спутниковых группировок смогут распределять риски. Одно дело — потерять 200 спутников за раз из-за взрыва одной ракеты и совсем другое — лишиться только одного.

До конца этого года ребята из Green Launch собираются преодолеть своими снарядами границу с космосом по линии Кармана. А пока на сотрудничество с ними подписался Гарвард: их снарядами будут стрелять на высоту 30 километров и выше, чтобы собрать пробы воздуха в мезосфере и определить содержание там изотопного газа. Это зона, которая слишком высока для воздушных зондов и слишком низка для спутников.

Естественно, из такой установки не получится запустить пилотируемый корабль к Луне по фантазиям Жюля Верна. Однако какую-то свою нишу проект вполне может отыскать. Мы же продолжим следить за тем, каких успехов удастся добиться Green Launch и SpaceLaunch. Как бы то ни было, проекты это амбициозные и интересные.

Источник