Пятидесятилетний секрет фон Брауна. Часть 1
Полвека назад, придя в себя после шока от запуска советского Спутника, всего три месяца спустя, Соединенные Штаты, наконец-то, "вступили в игру” на побережье Флориды и успешно запустили на орбиту Земли свой спутник, окрестив его Эксплорер I.
Неизвестный никому, кроме горстки гражданских инженеров и военного персонала Армии США, непосредственно вовлеченной в ночной запуск, этот момент мог стать воистину "определяющим историю”. Команда запуска, посредством Эксплорер I, по счастливой случайности, сразу же совершила САМОЕ важное и судьбоносное открытие во всей пятидесятилетней истории "освоения космоса” для всех народов, когда-либо осмелившихся покидать Землю:
Секрет гравитации и инерции, известный как "эффект антигравитации”, каким-то образом сработавший на Эксплорер I и радикально изменивший саму орбиту спутника!
Конструктивное открытие, которое могло бы переписать не только историю науки, но и судьбу всего мира.
Однако этого не произошло.
За монументальным, историческим прорывом сразу же последовало поспешное решение, принятое, по-видимому, той же ночью, - сохранить феноменальное открытие антигравитации в полном секрете не только от своих гражданских ученых, "свободной прессы”, граждан и налогоплательщиков, но и от всего человечества Земли, что явилось самым далеко идущим политическим движением США за прошедшие полвека.
Нижеприведенное - это история кропотливого многолетнего исследования Enterprise Mission (приведенная в контексте нашего бестселлера Темная миссия: Секретная история НАСА), научный и политический анализ "судьбоносного открытия НАСА” и глобальных последствий, возникших в результате решения, принятого той ночью "кем-то”, стоящим у власти.
Просто… "его похоронить”.
На последующих страницах мы будем детально описывать и документально подтверждать, "кто” именно совершил этот восхитительный прорыв, "как” его достигли и "какими” могли бы быть потрясающие последствия, если бы той ночью науке позволили идти естественным путем. Если бы в последующие годы это уникальное открытие свободно представлялось и свободно обсуждалось в глобальном научном сообществе, а затем внедрялось в виде революционной земной технологии "контроля над гравитацией”.
Но самое важное: мы будет детально рассматривать, как этот подрывающий существующую парадигму прорыв может воспроизводиться любым школьником, в любой школьной физической лаборатории, повсюду на Земле!
И что он мог бы значить для всего человечества.
ксплорер I был запущен 31 января 1958 года в 22 часа 48 минут по восточному времени, с площадки 26А на Мысе Канаверал.
Ракета Юпитер - С (С означает "составной”, "многоступенчатый”), которая успешно запустила в небеса Флориды первый спутник США (ниже), на самом деле, была переделанной ракетой "Редстоун” ICBM - ракетой, созданной для замены "V-2” (Фау-2, А-4) Вернером фон Брауном и коллективом ракетостроителей из нацистской Германии, перевезенных в США в результате Операции Скрепка сразу же после окончания Второй Мировой Войны.
Ракетоноситель Юпитер – С - это основная ступень ракеты, работающая на жидком топливе и состоящая из двух отдельных емкостей для жидкого кислорода и гидразинного топлива "Hydyne”, высотой 14 м и весом (при полной загрузке) 28.440 кг.
Над "основной ступенью” находились 15 отдельных, гораздо меньших твердотопливных ракет, организованных в три дополнительные "ступени” (общим весом 626 кг), состоящие из 11-ти, 3-х и, наконец, 1-ой сверху, находящейся на высоте 22 м над землей и весящей 14 кг. Сам Эксплорер I имел форму пули (ниже) и буквально прикручивался к последней "твердой” ступени под спутником.
Наиболее известным, незасекреченным вкладом Эксплорера I в космическую науку было открытие знаменитых радиационных поясов Ван Аллена, названных в честь физика Университета Айовы Джеймса Ван Аллена, который первым обнаружил высокоэнергетические "бублики” заряженных частиц, вращающихся вокруг Земли в результате захвата "дипольным” магнитным полем планеты (ниже). Он обнаружил пояса с помощью бортовых детекторов Эксплорера I, впоследствии их существование подтвердили Эксплореры III и IV.
За это фундаментальное космическое открытие, которое, как было обнаружено позже, является базовой характеристикой ВСЕХ планет внутри (и вне) Солнечной системы, демонстрирующих подобные магнитные поля, Ван Аллен был награжден эквивалентом "Нобелевской Премии по Физике”.
Он даже удостоился чести появиться на обложке журнала Time.
Но намного более значимыми (буквально "подрывающими физику”, как вы увидите позже) оказались аномальные динамики орбит, демонстрируемые тем же спутником и на самой первой орбите той ночью.
Представляется, что сразу же после запуска реальная траектория Эксплорера I недвусмысленно нарушила два основных закона физики XX века.
И это НЕ получило никакого научного признания, призов или обсуждений… даже через 50 лет после абсолютно неожиданного открытия.
Итак, "кто” совершил это замечательное открытие и потом (как докажет свидетельство) активно участвовал в его последующем (намеренном) длящимся десятилетиями и продолжающимся до сих пор сокрытии?
Не кто иной, как сам Вернер фон Браун…
Чтобы полностью понять необычное техническое и политическое значение того, что "загадочно” произошло январской ночью 1958 года, следует вернуться к самим событиям, связанным с "отчаянной попыткой запуска спутника фон Брауном и его немецкой командой” ("отчаянным усилием США "догнать” СССР в космической гонке), и сравнить то, что ожидалось от запуска Эксплорера I, с тем, что произошло на самом деле.
*******
Вследствие крайне примитивного состояния "глобальной сети слежения за спутниками”, требующейся для отслеживания их на орбите, число станций, действующих в ночь запуска Эксплорера I в 1958 году, было "невелико и они находились на большом расстоянии друг от друга”. НЕзатемненная часть карты проекции Меркатора (ниже) – это широта охвата экватора, продиктованная спланированным наклоном первых спутников США, Авангард и Эксплорер, предназначенным для орбит между "широтами 40º к северу и югу”. Как можно видеть, большая часть существовавших наземных станций была сконцентрирована вдоль полосы, проходящей неровно к северу и югу в обеих Америках, сильно благоприятствуя одной стороне и оставляя другую сторону "темной”. (Рассеивание станций, видимых в других частях мира, таких, как одна в центральной Австралии, не обладавшая надлежащим оборудованием для обнаружения радиочастот Эксплорера I и построенная для поддержки Программы Авангард).
Эскплорер I был запущен фон Брауном и его командой с орбитальным наклоном "33,3º.
Поэтому, когда той ночью космический аппарат, поднявшись с Мыса Канаверал, исчез над горизонтом Южной Атлантики, у фон Брауна (или у кого-либо другого) не было возможности отследить его движение, УЗНАТЬ из "телеметрии”, успешно ли спутник выведен на орбиту Юпитером – С или нет.
Оставалось лишь терпеливо ждать, пока Эксплорер I, двигаясь со скоростью 28.962 км/час (или 8 км/сек), почти полностью не облетит весь мир и не вернется обратно в полосу специальных радиоприемников, установленных в пустынях севернее Сан-Диего, Калифорния (месте, зловеще названном "Долиной Землетрясений”).
Если бы приемник принял телеметрические сигналы Эксплорера I, когда он впервые пролетал над Тихим Океаном после того, как облетел всю планету, на телефоне "высветилось” бы слово. Телефоны для связи на больших расстояниях были установлены на Мысе Канаверал, где команда запуска нервно ожидала сигнала, и в Пентагоне, где находился сам Браун, Ван Аллен и Директор Лаборатории Реактивного Движения (ЛРД) Уильям Пикеринг, которые наблюдали за тем, как "часы отсчитывали секунды”.
Если бы из Долины Землетрясений, наконец, пришло слово "идет”, трое ученых начали бы пресс-конференцию в Национальной Академии Наук, где объявили бы о триумфе ожидающему миру: "Мы это сделали!”
Только после "ожидания и кусания ногтей”, после многочасового дежурства и архаического способа коммуникации, когда слово "успех”, наконец, высветилось бы (по единственной телефонной линии, тянущейся от Калифорнии до Вашингтона), весь остальной мир УЗНАЛ бы, что этой ночью Эксплорер I успешно вышел на орбиту!
Сигнал из Калифорнии о тщательно планированной траектории Эксплорера I вокруг Земли – 224 на 1575 км – ожидался приблизительно в 0 часов 30 минут по восточному времени 1 февраля 1958 года (ниже).
Мыс Канаверал, Флорида, Запуск: 22 часа 48 минут по восточному времени, Эксплорер I, запуск на расчетную орбиту, Долина Землетрясений, Калифорния, следящая станция, первая телеметрия, ожидаемая из Калифорнии, 0 часов 30 минут по восточному времени
Через полтора часа после запуска спутника ожидаемое "окно момента истины” пришло и ушло, и – ничего.
0 часов 31 минута… 0 часов 32 минуты… и ничего.
Вследствие природы орбит спутников как "часовых механизмов”, когда в 0 часов 33 минуты сигнала ВСЕ ЕЩЕ не было, всей команде фон Брауна (генералу Джону Медарису, главе Агентства Баллистических Ракет, который запускал Эксплорер I той ночью, - ниже),
и Уильяму Пикерингу, Директору ЛРД Калифорнийского Технологического Института, которая по контракту с Армией проектировала Спутник (ниже),
стало ясно, что они никогда не услышат отчаянно ожидаемый сигнал, потому что "что-то” пошло совсем не так!
К 0 часов 41 минуте, казалось, все стало ясно.
Вместо того чтобы выйти на орбиту и облететь Землю, как это планировалось, Эксплорер I каким-то образом вернулся в атмосферу над горизонтом и к этому моменту просто сгорел на обратной стороне земного шара.
Он и не собирался "летать вокруг Земли и над Долиной Землетрясений”, потому что больше даже не существовал!
Фотография фон Брауна (ниже), сделанная тогда, когда он и все остальные в Пентагоне отчаянно ожидали сигнала, любого слова, показывает то, чего он, очевидно, боялся.
Позже фон Браун писал о своих эмоциях во время "бесконечного ожидания” в статье, озаглавленной "История, стоящая за Эксплорерами”, появившейся в Des Moines Sunday Register 13 апреля 1958 года:
"… птичка должна была появиться в Калифорнии примерно в 0 часов 30 минут по восточному времени. Для отслеживания сигнала у нас были четыре станции, и у Билла (Пикеринга) был телефон для связи на большие расстояния.
На часах 0 часов 30 минут. Сигнала нет.
Прошла минута. Еще одна. Сигнала со спутника все еще нет. Истекли восемь минут, и мы по-прежнему ничего не услышали.
Мы были в отчаянии. Очевидно, мы ошиблись. Эксплорер никогда не выходил на орбиту”.
На часах 0 часов 42 минуты…
Вот он!
Первая телеметрия из Калифорнии, Мыс Канаверал, Флорида, запуск 22 часа 48 минут по восточному времени, 0 часов 42 минуты по восточному времени! Эксплорер I, запуск на расчетную орбиту, Долина Землетрясений, Калифорния, следящая станция
В следующие 30 секунд все четыре станции в Долине Землетрясений "громко и ясно” услышали переданные сигналы Эксплорера I.
Соединенные Штаты, наконец, были на орбите!
Просто Эксплорер I немного "опоздал”.
Но… почему?
Джордж Людвиг, главный помощник Ван Аллена и проектировщик батарей и радиомониторингового оборудования на борту Эксплорера I, так описывал свою первую автоматическую реакцию:
"Все мы сразу же поняли, что ракета создала большую тягу, чем ожидалось, в результате орбита спутника оказалась выше планируемой, и ему потребовался более долгий период обращения. Ожидалось, что орбита будет иметь в перигее (самая низкая высота над Землей) около 224 км и в апогее (самая большая высота) 1575 км. На самом деле перигей и апогей оказались 360 км и, более значимо, 2534 км соответственно, с орбитальным периодом 114,7 минуты вместо 105 минут, как ожидалось”.
После того, как "задержавшийся” Эксплорер I достиг Долины Землетрясений, фон Браун, Ван Аллен и Пикеринг покинули Пентагон и отправились в Национальную Академию Наук на планируемую в 2 часа ночи пресс-конференцию.
Среди поздравлений, полных лести, была сделана эта портретная фотография (ниже), запечатлевшая настроение "нового американского технологического и политического ренессанса”, символом которого явился ошеломляющий успех Эксплорера I. И все это перед лицом Советского Союза, ранее "побеждавшего” в этой новой игре.
В суматохе заслуженных поздравлений потерялась реальная причина задержки появления Эксплорера I над Долиной Землетрясений: его орбита выше запланированной.
К тому же, любой серьезный вопрос со стороны собравшихся той ночью ученых или прессы относительно того, как этого вообще удалось достичь с помощью лишь относительно примитивной ракеты Юпитер – С фон Брауна…, был бы по меньшей мере неуместен.
*******
Ван Аллен (ниже), когда он писал о своем эмоциональном состоянии той незабываемой ночью, тоже едва коснулся "проблемы”.
"… сгорание всех четырех ступеней (после запуска) отслеживалось станциями слежения, и было признано номинальным. Скорость сгорания четвертой ступени оказалась немного выше намеченной, и имелась значительная неопределенность в конечном направлении движения. Таким образом, достижение запланированной орбиты нельзя было уверенно предсказать на основе имеющихся данных. Передатчик телеметрии работал надлежащим образом, а расчетная скорость соответствовала ожиданиям. Прежде чем подтвердить успех, требовалось получение телеметрического сигнала о преодолении одного витка орбиты.
Почти час после получения очередного сигнала о прохождении одной из станций наблюдалось обескураживающее отсутствие информации. Часы тикали. А мы пили кофе, чтобы ослабить коллективную нервозность. После примерно 90-та минут, все разговоры прекратились, и в комнате повисла атмосфера горького разочарования. Затем, почти через два часа после запуска, телефонное сообщение подтвердило прием радиосигнала двумя профессиональными станциями в Долине Землетрясений в Калифорнии. Комната буквально взорвалась ликованием, все хлопали друг друга по спине с взаимными поздравлениями”.
Ван Аллену, который НЕ был "специалистом в области ракетостроения (как физик, он специализировался в области проектирования акустического инструментария для ракет, а не в области самого запуска), можно простить недооценку более глубоких последствий проблемы, созданной необъяснимой, выше планируемой орбитой Эксплорера I. Он мог просто допустить (как это сделал Джордж Людвиг и другие), что "более высокая орбита” оказалась побочным продуктом "чуть большей эффективности” многоступенчатой ракеты-носителя Юпитер – С фон Брауна, вероятно, твердотопливных ракет, созданных ЛРД, которые составляли важные последние три ступени.
Как мы детально описывали в книге Темная миссия, в главе, посвященной замечательной истории одного из основателей ЛРД Джека Парсона и его первых твердотопливных ракет, в то время "твердое топливо” было предсказуемо чуть больше, чем "алхимия” или "магия”. Его поведение зависело от множества загадочных химических и физических переменных, точных пропорций топлива и окислителя, физического размера гранул в результирующей смеси, плотности упаковки гранул в кожух ракеты и даже от температуры ракетного топлива. Любой из этих параметров мог влиять на конечный продукт, что вылилось бы в хорошо известное "время сгорания” для всех твердотопливных ракет того времени.
В результате более 20-ти лет работы (с 1930-х до 1950-х годов), действуя, в основном, методом проб и ошибок, Парсон нашел оптимальную смесь топлива/окислителя и процесс погрузки, которые устранили почти все переменные твердотопливных ракет… почти.
По этим хорошо известным причинам, все непрофессиональные ученые-ракетчики (и пресса) предположили, что за дополнительное действие ракеты отвечает одна из "обычных переменных” верхних ступеней Юпитера – С.
То, что "предположили все”, очевидно, потому что одинаково очевидно и то, что в то время никто не сел и не выполнил даже самых основных "ракетных вычислений”, как "сверхэффективность” Юпитера – С фон Брауна могла привести к изменению орбиты Эксплорера I!
Через 50 лет мы выполнили эти вычисления и пришли к некоторым впечатляющим и провоцирующим мышление результатам.
*******
Сейчас следует та часть, которая может вынудить некоторых читателей прекратить чтение, - "математический схематизм”. Мы советуем им пропустить математику и обратиться к итогу, выраженному обыкновенным языком.
Потому что основой всей истинной "науки ракетостроения” является
"Уравнение ракеты”!
Wp = Wi (1 – e**(-dV/g*ISP)),
Где
Wp – вес ракетного топлива, потраченного на создание тяги
Wi – начальный вес носителя
V – приращение изменения скорости
g – гравитационное ускорение Земли (32,174 футов/сек2)
ISP – удельный импульс используемого двигателя (и топлива).
Решая уравнение для dV (конечной скорости ракеты):
dV = -g*ISP*ln(1 – Wp/Wi)
Возвращаемся к нормальному языку.
На самом деле, вышеприведенное уравнение достаточно просто.
Ключевой параметр – величина, представленная ISP, – удельный импульс ракеты (выраженный в "секундах”).
Удельный импульс – это нечто, похожее на расход "литров бензина на километр” в автомобиле. Чем выше удельный импульс (ISP) данной системы ракет (двигателей плюс топлива), тем выше общая эффективность системы ракет в терминах расхода "литров бензина на километр”.
И тем выше конечная скорость, которой вы можете достичь при данном количестве топлива.
А более высокие конечные скорости выливаются в более высокие орбиты!
Поэтому более высокие показатели ISP – это хорошо, а более низкие – "менее хорошо”.
Определение, могли ли верхние ступени достигать уровней работы, требующихся для подъема Эксплорера I на более высокую, чем ожидалось, орбиту, мы начали с рассмотрения открыто опубликованных параметров твердотопливных ракет, использованных в строительстве ступеней многоступенчатой ракеты фон Брауна.
Один основной намек содержится в сообщении Ван Аллена:
"… конечная скорость сгорания четвертой ступени оказалась несколько выше, чем планировалось”.
Согласно данным Отдела Астронавтики Смитсоновского Института, опубликованным на официальном сайте НАСА:
Созданные ЛРД "твердотопливные” верхние ступени Юпитера – С использовали в качестве топлива "полисульфид алюминия и перхлорат аммония”. Это стандарт, даже если ISP был достаточно плохим по сравнению с почти любым жидким химическим ракетным топливом, используемым сегодня. ISP варьируется от "220 секунд” в атмосфере до почти "235 секунд” в вакууме (потому что, вопреки общему неверному пониманию, ракетные двигатели лучше всего работают в чистом вакууме, когда сгорание не замедляется окружающим воздухом).
Также, данные Смитсоновского Института приводят "вес с топливом и без него” каждой ступени Юпитера – С (ниже).
Введение этих чисел в уравнение ракеты и усреднение ISP в атмосфере и вакууме верхних ступеней (поскольку Юпитер – С покинул атмосферу и зажигания верхней ступени стали более эффективными) дали нам максимум теоретической скорости, которую могли передать Эксплореру I три верхние ступени при "выводе его на орбиту”.
dV = -32,2 x 228 x (662ф/1380ф) = 3520 футов/сек
Но мы уже знали, что такая скорость, прибавленная к максимальной скорости, достигнутой жидкостной первой ступенью, была "номинальной скоростью вывода спутника”, которая требовалась для вывода Эксплорера I на планируемую орбиту около "224 км на 1575 км” (красная линия, ниже).
Поскольку (согласно цифрам Джорджа Людвига) реальными параметрами орбиты оказались 360 км на 2534 км, почти на 959 км в апогее выше "номинальных” (синяя линия, ниже), нам понадобилось узнать величину дополнительной скорости, которая привела к дополнительным 959 км в апогее и поместила Эксплорер I на орбиту, намного выше (и более эллиптическую) запланированной.
В ракетостроении есть "правило большого пальца” – при "каждом дополнительном футе (0,3048 м) в секунду скорости запуска” в перигее (нижняя точка орбиты) космический аппарат обретает "около мили (1,609 км) дополнительной высоты в апогее” (самая высокая точка орбиты).
Пользуясь этим приближением, Эксплорер I обрел дополнительные приблизительно 183 метра в секунду.
Лежит ли эта величина в пределах обычных вариаций для работы твердотопливных ракет того поколения?
Комментарии 0
