Нещодавно людство відзначило 64-ту річницю початку космічної ери. Ми вже давно сприймаємо космос як дещо природне, щось, що було у нас завжди. Більшість людей активно користуються технологіями, які з’явилися завдяки освоєнню космосу, практично не замислюючись щодо їхнього походження, а запуски ракет зазвичай привертають увагу лише в разі якої-небудь гучної аварії.
Але це оманлива буденність. Насправді космос був, залишається, і ще довго буде залишатися досить складним та небезпечним середовищем, що не прощає жодних помилок. І ми б хотіли розповісти історію про те, як людству все ж вдалося підкорити його. Перша частина буде присвячена зародженню космонавтики — від екзотичних ідей далекого минулого до перших вдалих запусків ракет-носіїв.
Ранні проекти космічних подорожей
Навряд чи ми коли-небудь дізнаємося, хто першим замислився про космічні подорожі. Але вважається, що ця концепція почала набувати популярності у XVII сторіччі — після низки епохальних змін в уявленні людства щодо будови Всесвіту, викликаних винаходом телескопа, відкриттям законів руху планет і поступовим поширенням геліоцентричної системи.
Першим опублікованим твором, присвяченим перебуванню людини на Місяці, стала фантастична повість Йоганна Кеплера Somnium. Незабаром фантастичні подорожі на незвідані небесні тіла почали описувати й інші автори, на кшталт Френсіса Годвіна, Сірано де Бержерака тощо.
Важливою віхою стала опублікована 1687 року епохальна праця Ісаака Ньютона “Математичні початки натуральної філософії”. У ній він не тільки сформулював знаменитий закон всесвітнього тяжіння та три закони руху, а й заклав теоретичні основи сучасної балістики. Ньютон запропонував уявний експеримент, в ході якого на гору, вершина якої перебуває за межами атмосфери, встановлюється гармата. Чим могутніше заряд використовується під час пострілу, тим далі від гори відлітатиме снаряд. Нарешті за умови досягнення певної потужності заряду снаряд розвине таку швидкість, що не впаде взагалі, вийшовши на постійну орбіту навколо нашої планети. Ця швидкість називається першою космічною. Для орбіти, розташованої поблизу поверхні Землі, її значення становить 7,91 км/с.
Саме ця концепція і лягла в основу знаменитого роману Жюля Верна “З Землі на Місяць”, що описує політ на Місяць всередині порожнього циліндра, яким вистрелили з гігантської гармати. Цікаво, що письменник обрав місцем для її розміщення Флориду, звідки через століття люди справді вирушили у подорож до супутника нашої планети.
Навряд чи варто пояснювати, чому в реальності описана Верном схема космічного польоту була б нездійсненною. І як ми вже згадали, французький письменник був далеко не першим, хто “відправив” людей у космос. Але це не головне. Головним було те, що “З Землі на Місяць” став першим романом, автор якого вирішив підійти до опису подорожі з позиції наукових уявлень свого часу і здійснив низку розрахунків для їхнього обґрунтування. Саме тому робота Жюля Верна у буквальному сенсі захопила уяву сучасників, і навіть через 150 років ми чудово пам’ятаємо його ім’я, на відміну від безлічі інших письменників та винахідників тієї епохи, що також придумували різноманітні варіанти космічного польоту.
А їх було чимало. Для подорожі в космос пропонувалися різні способи: використання водяних та електричних двигунів, спеціальні повітряні кулі й дирижаблі, запуск корабля за допомогою вулкана і навіть гігантська катапульта, яка повинна була закинути капсулу з мандрівниками прямо в космос. З огляду на сучасні знання ці проекти викликають лише посмішку. Втім, не слід забувати, що на той момент теорії космічного польоту фактично ще не існувало. Так що винахідників і фантастів обмежували лише трактування відкритих на той момент законів фізики та власна фантазія.
Корінний перелом у розумінні того, що дійсно необхідно для польоту в космос, стався вже у XX столітті. Передусім він пов’язаний з іменами таких людей, як Костянтин Ціолковський, Роберт Ґоддард і Герман Оберт.
Теоретичні основи космічного польоту
Зрозуміло, ані Ціолковський, ані Оберт, ані Ґоддард не були творцями ракети. Вважається, що перші ракети з’явилися у Китаї ще в ІІІ сторіччі до нашої ери. Спочатку вони використовувалися для феєрверків і розваг, але згодом їх почали застосовувати і у військовій справі. У Середні віки уявлення про ракети дісталося Європи. Уже в XVI столітті інженер Конрад Хаас описав конструкцію багатоступеневої ракети. А на початку XIX сторіччя британська армія прийняла на озброєння бойові ракети конструкції Конгрива, і деякий час вони активно використовувалися нарівні зі звичайною артилерією.
Однак до певного часу ніхто не бачив у ракеті можливостей, які б дозволяли досягти космосу. Ситуація змінилася на початку XX століття, коли Костянтин Ціолковський зумів теоретично обґрунтувати можливість здійснення космічних польотів за допомогою літальних апаратів, що використовують тягу ракетного двигуна. Опубліковані у 1920-ті роки роботи Германа Оберта доповнили теоретичну основу міжпланетних польотів, довівши, що вже за існуючого тоді рівня техніки можна було побудувати ракету, здатну вийти за межі земної атмосфери та стати супутником нашої планети або ж вирушити у подорож до інших небесних тіл.
У вкрай спрощеному вигляді суть теорії космічного польоту полягає у наступному. Під час запуску ракетний двигун викидає деяку масу (робоче тіло), створюючи тягу, що спонукає ракету до руху. По мірі набору швидкості маса ракети зменшується, що за незмінної тяги призводить до збільшення прискорення. Однак ракета складається не виключно із палива, але й і з інших компонентів, які пізніше стають зайвим вантажем. Тому, задля поліпшення характеристик ракети та збільшення її вантажопідйомності, після досягнення деяких етапів польоту ці частини необхідно скидати. А це означає, що призначена для космічного польоту ракета повинна складатися із декількох ступенів.
Іншим важливим відкриттям піонерів ракетної індустрії стало те, що найбільш ефективним паливом для ракети є не традиційний порох (або якась інша тверда речовина), а двокомпонентна рідка суміш, що складається з окислювача (наприклад, кисню) і палива (водню, гасу, етилового спирту, бензину тощо). У 1926 році Роберт Годдард зумів довести працездатність цієї концепції, запустивши першу в історії рідинну ракету.
Якщо з’єднати воєдино основні відкриття піонерів ракетної ери, то вони зводилися до наступного: ракета з досить легкою та міцною конструкцією, яка працює на правильному паливі та має потрібне число ступенів, буде здатна розвинути першу космічну швидкість і вийти на орбіту навколо Землі.
Концепція ракети як засобу для космічної подорожі дуже швидко увійшла у масовий вжиток. Цьому неабияк сприяв кінематограф. Уже 1929 року на екрани вийшов німецький фільм “Жінка на Місяці”, в якому був показаний політ на Місяць за допомогою рідинної багатоступеневої ракети. Цікаво, що консультантом картини виступав Герман Оберт.
Приблизно у ті ж роки у провідних країнах світу почали утворюватися різні об’єднання ентузіастів аеронавтики і ракетобудування, що мріяли про підкорення космосу. Їхні учасники обмінювалися ідеями, думали над вирішенням різних проблем, які могли виникнути під час міжпланетного польоту, а також проводили випробування прототипів ракет і ракетопланів.
У 1937-1939 роках учасники Британського Міжпланетного Товариства спроектували “Місячну ракету” — перший в історії детально пророблений та потенційно реалістичний проект аерокосмічної системи, що призначалася для польоту на Місяць. Вона складалася з шестиступеневої твердопаливної ракети та розрахованого на трьох осіб космічного апарата. Учасники товариства навіть встигли виготовити прототипи деяких компонентів “Місячної ракети”, однак подальшому розвитку проекту завадив початок Другої світової війни.
“Фау-2”, перший супутник і NASA
Друга світова стала воістину переломним моментом в історії розвитку ракетобудування. Армії усіх воюючих держав досить активно використовували ракетне озброєння. Їх запускали з установок залпового вогню та літаків, використовували для боротьби з танками і кораблями. Але все ж головною “зіркою” конфлікту можна назвати німецьку A-4 (“Фау-2”) — першу в історії балістичну ракету дальнього радіусу дії. Саме A-4 стала першим штучним об’єктом, який піднявся вище позначки у 100 км, визначеної в якості умовної межі між земною атмосферою та космічним простором. Це сталося у 1944 році.
A-4 не зіграла особливої ролі у війні. Німеччина вклала величезні кошти у її розробку, проте бойова ефективність ракети виявилася вкрай незначною. Тим не менш, вона наочно продемонструвала перспективи, що відкриваються подібним типом зброї. Так що немає нічого дивного, що після завершення війни країни-переможниці вивезли для вивчення технічну документацію, вцілілі екземпляри А-4 та фахівців, що займалися їхнім створенням.
Надалі США і СРСР провели безліч запусків трофейних німецьких ракет з дослідницькою метою. Саме завдяки A-4 були отримані перші в історії знімки нашої планети з космосу. Вони були зроблені камерою, встановленою на борту ракети, запущеної з полігону Уайт-Сендс 24 жовтня 1946 року.
Показово, що у тому ж 1946 році учасники Британського Міжпланетного Товариства запропонували переробити A-4, встановивши всередину її головної частини капсулу з пілотом. За оцінками сучасних експертів, для тих років проект був непогано опрацьований і в разі реалізації дав би можливість почати суборбітальні польоти у космос приблизно на десять років раніше, ніж це сталося насправді. Проте влада Великої Британії не зацікавилася пропозицією, тож все так і залишилося на папері.
У наступні роки наддержави продовжили розвиток ракет, поступово створюючи зразки, котрі мали все більшу дальність польоту та вантажопідйомність. Зрозуміло, їхніми основними “замовниками” були військові, які хотіли отримати засіб доставки ядерної зброї на інші континенти.
Втім, у середині 1950-х почали з’являтися й різні цивільні проекти, які пропонували використовувати ракети для виведення на орбіту штучних супутників, а згодом і людей. 1955 року США зробили офіційну заяву про намір запустити перший супутник між 1 липня 1957-го і 31 грудня 1958 року в якості внеску у міжнародний геофізичний рік. Лише через кілька днів Радянський Союз заявив про те, що вже у найближчому майбутньому теж запустить свій супутник. Втім, це повідомлення практично не помітила західна публіка, водночас більшість фахівців сприйняли його із великою часткою скепсису, а то й просто називали звичайною пропагандою.
Дійсно, теоретично США повинні були стати беззаперечним лідером космічних перегонів та виграти змагання ще до їхнього початку. Країна мала у своєму розпорядженні великі ресурси і певну технологічну перевагу. Але це лише на перший погляд. На той момент наявність ракет не вважалася критичним фактором для національної безпеки, оскільки у США вже був великий флот стратегічних бомбардувальників. Тож американці могли дозволити собі не поспішати. У СРСР же не було порівнянної бомбардувальної авіації, тому країна зробила ставку на міжконтинентальні балістичні ракети, зосередивши на їхньому розвитку майже всі наявні ресурси.
Крім того, американська перевага у ресурсах нівелювалася наявністю відразу кількох паралельних ракетних проектів. Вони були у американської армії, ВПС і навіть у флоту. І конкуренція між ними швидше шкодила загальній справі, аніж допомагала.
Так, у вересні 1956 року запущена командою Вернера фон Брауна ракета Jupiter-C розвинула швидкість 7 км/c, лише трохи не дотягнувши до орбіти. При цьому замість палива у баках її четвертого ступеня був пісок. Це було зроблено навмисно, щоб ракета “випадково” не набрала першу космічну швидкість і не випередила проект Vanguard, який на той час був офіційно обраний для запуску першого американського супутника. Важливу роль тут зіграли міркування національного престижу. Американське керівництво не хотіло, щоб перший супутник був виведений командою, яку очолив німецький вчений. Якби не ця обставина, то, швидше за все, космічна ера почалася б іще у 1956 році.
Але коли 4 жовтня 1957 року Радянський Союз повідомив про запуск Супутника, це справило ефект вибуху бомби. Багато американців були відверто налякані маленькою зірочкою в нічному небі. Адже вона слугувала наочним підтвердженням, що Радянський Союз має ракету, здатну досягти території США.
Щоб заспокоїти громадськість, американський уряд вирішив прискорити хід робіт за проектом Vanguard. Однак спроба запуску в грудні 1957 року завершилася гучною невдачею. За цей час Радянський Союз відправив у космос ще один супутник з собакою Лайкою. Після цього у керівництва США не залишилося іншого вибору, окрім як дати зелене світло команді Вернера фон Брауна. 1 лютого 1958 року ракета Jupiter-C успішно вивела на орбіту перший американський супутник Explorer-1, що дещо заспокоїло американську публіку.
“Супутникова криза” мала ще один важливий довгостроковий наслідок. З метою уникнути повторення ситуації, коли наявність відразу кількох незалежних проектів призвела до відставання від СРСР, американське керівництво ухвалило рішення доручити реалізацію всіх цивільних космічних програм і здійснення досліджень в аерокосмічній сфері єдиній організації. Акт про її створення було підписано 29 липня 1958 року. Ця організація отримала назву NASA.