Ракета Нэлл

Ракета Нэлл — это экспериментальная жидкостная ракета, созданная в 1941—1942 годах в США под руководством инженера Роберта Годдарда. Она стала одной из первых в мире ракет, оснащённых турбонасосным агрегатом для подачи топлива, и предназначалась для отработки технологий, впоследствии использованных при создании баллистических ракет и ракет-носителей. Название «Нэлл» (Nell) неофициально закрепилось за ракетой из-за её внешнего сходства с женской фигурой, однако официально проект именовался как «Ракета с турбонасосом» (Turbo-Pump Rocket).

История создания

Предпосылки

К началу 1940-х годов Роберт Годдард, пионер ракетной техники, уже провёл серию успешных запусков жидкостных ракет, в том числе первой в мире ракеты с гироскопической стабилизацией (1935 год). Однако существовавшие конструкции имели ограничения по дальности и высоте полёта из-за низкого давления в камере сгорания, которое обеспечивалось только вытеснительной подачей топлива сжатым газом. Для увеличения тяги и высоты требовалась более эффективная система подачи — турбонасосный агрегат (ТНА), который мог бы подавать топливо под высоким давлением без увеличения массы газовых баллонов.

Разработка

В 1941 году Годдард получил финансирование от Бюро аэронавтики ВМС США (Bureau of Aeronautics) для создания ракеты с ТНА. Проект получил обозначение «Ракета с турбонасосом» (Turbo-Pump Rocket). Работы велись в исследовательском центре в Розуэлле, штат Нью-Мексико. Конструкция ракеты была основана на предыдущих разработках Годдарда, но включала принципиально новый элемент — центробежный насос, приводимый в действие газовой турбиной, работающей на продуктах разложения перекиси водорода.

Испытания

Первый запуск ракеты «Нэлл» состоялся 6 августа 1942 года. Ракета достигла высоты около 60 метров и упала в 200 метрах от стартовой площадки. Второй запуск 12 августа 1942 года был более успешным: ракета поднялась на высоту около 800 метров, но затем разрушилась в воздухе из-за нестабильности полёта. Третий и последний запуск 16 августа 1942 года показал высоту около 1000 метров, однако ракета снова потеряла управление и упала. Несмотря на неполную надёжность, испытания доказали работоспособность турбонасосной системы подачи топлива.

Закрытие проекта

После трёх запусков финансирование проекта было прекращено. ВМС США переключили внимание на другие разработки, в частности на создание ракетных ускорителей для самолётов (JATO). Сам Годдард продолжал работать над усовершенствованием ТНА, но до конца войны не создал серийной ракетной системы с этим агрегатом. Однако полученные данные были использованы в послевоенных программах, в том числе при создании ракет «Аэроби» (Aerobee) и «Викинг» (Viking).

Конструкция

Общие характеристики

Ракета «Нэлл» представляла собой одноступенчатую жидкостную ракету с вертикальным стартом. Длина ракеты составляла около 4,5 метра, диаметр — 0,3 метра. Стартовая масса — около 200 кг, из которых примерно 100 кг приходилось на топливо. Корпус изготавливался из алюминиевых сплавов.

Двигательная установка

Двигатель работал на жидком кислороде (окислитель) и бензине (горючее). Тяга двигателя составляла около 1,5 кН (150 кгс) на уровне моря. Камера сгорания была изготовлена из нержавеющей стали и охлаждалась проточным топливом (регенеративное охлаждение).

Турбонасосный агрегат

Ключевой особенностью «Нэлл» был турбонасосный агрегат, расположенный в верхней части ракеты. Он состоял из:

• Центробежного насоса для подачи жидкого кислорода и бензина.
• Газовой турбины, приводимой в действие газом, образующимся при разложении перекиси водорода (H₂O₂) в специальном газогенераторе.
• Системы управления подачей, регулировавшей скорость вращения турбины.

ТНА позволял повысить давление в камере сгорания до 2,5 МПа (25 атмосфер), что было значительно выше, чем у ракет с вытеснительной подачей (обычно 0,5–1 МПа). Это обеспечивало более высокий удельный импульс и большую высоту полёта.

Система управления

Ракета не имела системы наведения по траектории. Управление в полёте осуществлялось с помощью газовых рулей, установленных в сопле двигателя, которые отклоняли струю выхлопных газов. Стабилизация обеспечивалась гироскопами, аналогичными использованным в более ранних ракетах Годдарда. Однако из-за недостаточной мощности рулей и несовершенства гироскопов ракета часто теряла устойчивость.

Стартовое оборудование

Запуск производился с простой стартовой рамы, которая направляла ракету в первые секунды полёта. Для зажигания использовался электрический запал. Подача топлива в двигатель до запуска осуществлялась за счёт давления сжатого азота, затем включался ТНА.

Испытания и результаты

Хронология запусков

Технические достижения

Несмотря на аварии, испытания подтвердили:

• Работоспособность турбонасосного агрегата в условиях реального полёта.
• Возможность создания двигателей с высоким давлением в камере сгорания.
• Эффективность регенеративного охлаждения камеры сгорания.

Недостатки

• Низкая надёжность ТНА: часто происходили сбои в работе газогенератора и насосов.
• Несовершенная система управления: ракета не могла стабильно держать курс.
• Малая тяга двигателя: для достижения больших высот требовалась более мощная установка.

Значение и наследие

Влияние на ракетную технику

Ракета «Нэлл» стала первым в мире летательным аппаратом, оснащённым турбонасосным агрегатом. Этот принцип впоследствии был использован во всех крупных жидкостных ракетных двигателях, включая двигатели баллистических ракет (например, Р-7, «Титан») и ракет-носителей («Сатурн-5», «Союз»). Без ТНА невозможно было бы достичь тяги, необходимой для вывода полезной нагрузки на орбиту.

Сравнение с современными разработками

В отличие от немецких ракет V-2, которые также использовали ТНА (но на основе спирта и жидкого кислорода), «Нэлл» была создана раньше (V-2 впервые запущена в 1942 году, но с ТНА — с 1943 года). Однако V-2 имела гораздо большую тягу (25 тс) и дальность (320 км), что сделало её более значимой для военных целей. Тем не менее, именно работы Годдарда заложили основы для американской ракетной программы.

Память

В 1960-х годах, после начала космической эры, значение экспериментов Годдарда было переоценено. Ракета «Нэлл» упоминается в исторических обзорах как важный шаг в развитии ракетной техники. В музее ракетной техники в Розуэлле (Нью-Мексико) установлен макет ракеты.

Интересные факты

• Название «Нэлл» (Nell) неофициально использовалось сотрудниками лаборатории Годдарда; по одной из версий, оно было дано в честь жены одного из инженеров.
• Ракета была одной из первых, где использовался жидкий кислород в качестве окислителя в сочетании с бензином — эта пара топлив применяется до сих пор в некоторых ракетных двигателях.
• После закрытия проекта Годдард передал чертежи и отчёты в ВМС США, но они были засекречены до конца 1940-х годов.

Источники

• Goddard, R. H. (1942). Reports on Rocket Development. Smithsonian Institution.
• Sutton, G. P. (2006). History of Liquid Propellant Rocket Engines. AIAA.
• Hunley, J. D. (2008). Preludes to U.S. Space-Launch Vehicle Technology: Goddard Rockets to Minuteman. University Press of Florida.
• NASA Historical Reference Collection. Robert H. Goddard: A Biography.