Запуски ракет и реактивных снарядов были опасны в течение долгого времени. В ранних ракетах и снарядах, например, использовались сильно коррозийные и нестабильные материалы, которые из-за технологических ограничений того времени были очень горючими и взрывоопасными, и малейшая невнимательность могла привести к ужасным авариям. Даже в более поздние времена процесс заправки ракет и снарядов не был достаточно безопасным.
Во время Второй мировой войны немецкий перехватчик ME163 «Комета» с ракетным двигателем часто страдал от аварий.
В отличие от обычных военных самолетов, в случае протечки топливного бака пилот, находящийся в кабине рядом с баком, был бы растворен высококоррозионным и токсичным топливом. В результате взрывов топлива было потеряно больше «Комет», чем сбито противником.
Поэтому Янник искренне не любил жидкое топливо: «Как продвигается исследование твердого топлива?».
Жидкое топливо было настолько аварийным, что немцы хотели перейти на твердое топливо во время Второй мировой войны, но не смогли, потому что война уже закончилась.
Самым ранним твердым топливом считалось одно из четырех древних китайских изобретений — черный порох. Еще в начале правления династии Тан, около 682 года нашей эры, рецепт черного пороха был включен в книгу «Даньцзин» алхимика Сунь Сымяо. Он изготавливался из 15% древесного угля в качестве поджигателя и 75% нитрата калия в качестве окислителя. 10% серы использовалось как в качестве поджигателя, так и в качестве связующего вещества для древесного угля и нитрата калия.
Ракеты на черном порохе использовались в качестве оружия в военных действиях уже в 975 году н. э. В 13 веке они были завезены в арабские страны, а затем и в Европу.
Однако черный порох обладал низкой энергией, низкой прочностью, из него нельзя было делать большие столбы, а при сгорании он давал большое количество дыма и твердых остатков. Твердотопливные ракеты, использующие черный порох, имеют малую дальность полета и низкую летальность. Современные ракеты и реактивные снаряды больше не выпускаются с черным порохом.
С развитием промышленности, науки и техники появились всевозможные виды твердого топлива.
Существует множество материалов, которые могут стать ракетным топливом, и любой материал, который может подвергаться непрерывному горению без присутствия внешнего окислителя и который может производить большое количество высокотемпературных газовых молекул или твердых струй во время горения, имеет потенциал для этого. В целом, горение — это бурная и быстрая экзотермическая окислительно-восстановительная реакция, поэтому само топливо должно содержать как окисляющий агент, так и горючее, которое действует как восстановитель.
Пропелленты, в которых окисляющие и сжигающие вещества являются твердыми, называются твердыми пропеллентами. Они изготавливаются в геометрии, необходимой для проектирования, и отливаются или заливаются в контейнер с открытым концом. При воспламенении химическая энергия топлива преобразуется в тепловую энергию газа, которая затем частично преобразуется в кинетическую энергию при прохождении через сопло двигателя, создавая тягу.
Доктор Крамер сказал уважительным тоном: «Композитное твердое топливо все еще находится в разработке, и оно будет готово менее чем через год, если все пройдет как и планировалось».
На самом деле, твердые горючие вещества были легко доступны — это бездымный порох, используемый в пулевых снарядах, или нитроцеллюлоза.
Нитроцеллюлоза — это волокнистое вещество, которое трудно сделать фиксированной формы для метательного заряда, поэтому люди использовали вязкий нитроглицерин в качестве пластификатора и смешивали его с нитроцеллюлозой, чтобы получить ракетное топливо на двойной основе. Долгое время основным сырьем для твердотопливных ракетных двигателей были пропелленты на двойной основе.
Нитроцеллюлоза и нитроглицерин сами по себе содержат как окисляющие, так и зажигательные компоненты. Нитроцеллюлоза несколько более богата горючими веществами (больше горючего), а нитроглицерин несколько более богат кислородом (больше окислителя).
Изначально эти двое были идеальной парой. Однако по мере того, как к характеристикам двигателя предъявлялись все более высокие требования, удельный импульс, создаваемый этой классической комбинацией, стал недостаточным (удельный импульс — важная физическая величина, характеризующая работу ракетного двигателя и определяемая как изменение импульса на единицу массы топлива. Чем выше удельный импульс, тем больший импульс может быть обеспечен при том же весе топлива).
После минутного колебания доктор Крамер добавил: «Но даже с этим твердым топливом характеристики все равно уступают жидкому топливу. Мы работаем над твердым топливом одновременно с совершенствованием технологии долгосрочного хранения жидкого топлива».
Жидкое топливо обладает высокой тягой, большой грузоподъемностью и технически более простое. Именно поэтому ранние баллистические ракеты, как правило, были жидкими.
Однако жидкие ракеты имеют тот недостаток, что их нельзя хранить в течение длительных периодов времени, и они более опасны при транспортировке, взрываясь при малейшем толчке. Благодаря прорыву в технологии долговременного хранения жидкого топлива, топливо может храниться в течение многих лет после заправки, так что нет необходимости заправляться перед запуском.
Преимуществом твердотопливных ракет является их мобильность и гибкость, но недостатком — меньшая метательная способность из-за меньшего удельного импульса твердого топлива. Твердотопливные ракеты дороже, большие твердотопливные ракеты трудно разрабатывать, существуют проблемы со старением твердого топлива после длительного хранения ракеты, а испытания очень сложны.
В целом, жидкостные ракеты подходят для достижения более высоких технических характеристик с меньшими техническими трудностями, когда уровень техники не соответствует современному уровню. Поэтому они в основном используются в ранних баллистических ракетах, таких как V2 и Scud. Они также используются для ракет дальнего радиуса действия и межконтинентальных ракет, которые требуют высокой степени способности к доставке. С другой стороны, твердотопливные ракеты имеют преимущество быстрого реагирования и поэтому обычно используются в ракетах мобильного базирования и тактических ракетах малой дальности.
Янник вздохнул несколько беспомощно: «Вы должны тщательно следить за безопасностью при использовании жидкого топлива, не должно быть и намека на беспечность».
Даже если бы он изо всех сил использовал свои знания последнего времени для развития технологий, он не смог бы совершить скачок на 20 или 30 лет сразу, он должен был делать это постепенно.
После некоторого напутствия поговорим о режиме наведения ракеты «воздух-воздух». Управление ракетой X-4 отличается от инфракрасного/радарного наведения современных ракет класса «воздух-воздух» тем, что наведение осуществляется визуально пилотом и управляется вручную. Однако в одноместных истребителях, таких как BF-109 и FW-190, пилоту трудно управлять и самолетом, и ракетой. Таким образом, X-4 может быть развернут только для использования на многоместных самолетах.
X-4 имеет четыре больших, Х-образных стреловидных задних крыла в центральной задней части кузова. Два крыла увенчаны трубами для полезной нагрузки, которые первоначально были предназначены для хранения 5500 метров тонкого медного провода, но теперь они заменены на оптоволокно.
Другой конец провода подключается к контроллеру на самолете. Во время боя пилот дистанционно управляет тангажом и рысканьем ракеты, как игровым контроллером, посылая ее к цели. Ракета движется с максимальной скоростью 1152 км/ч и имеет дальность поражения 1500-2500 метров. Это находится за пределами эффективной дальности огня тяжелых пулеметов и является более чем достаточным.
Первоначально ракета имела три типа взрыва: пусковой взрыватель, ручной подрыв пилотом и акустический бесконтактный взрыватель, известный как «Краних», который был очень передовым в то время.
Поскольку в Германии в то время еще не были разработаны радиовзрыватели ближнего действия, вместо них пришлось использовать акустические взрыватели ближнего действия.
Акустический взрыватель был активирован по принципу доплеровского сдвига и был настроен немцами на частоту 200 Гц, что соответствовало реву двигателей бомбардировщика B-17. Взрыватель срабатывал на расстоянии около 40 метров и активировался на расстоянии 7 метров, и был очень эффективен для подрыва самолета, как только пилот направлял ракету вблизи него.
А теперь, когда немцы были оснащены радиовзрывателями, необходимость в таких акустических взрывателях близости отпала.
Янник кратко описал принцип инфракрасного/радарного наведения доктору Крамеру, который был настолько вдохновлен, что сказал, что немедленно приступит к его разработке.
Но даже если бы разработка увенчалась успехом в короткие сроки, Янник не собирался вводить в эту войну ИК/радарную ракету класса «воздух-воздух».
Первое поколение инфракрасных ракет класса «воздух-воздух» в первоначальную эпоху было представлено американской AIM-9B Rattlesnake и российской К-13. Первое поколение радиолокационных ракет класса «воздух-воздух» характеризуется американской ракетой класса «воздух-воздух» Sparrow 1.
Первое поколение ракет класса «воздух-воздух» имело относительно слабую атакующую способность, лишь немного превосходящую возможности авиационных пушек, и в то время в одной стране ходили слухи, что «ракеты уступают артиллерийским снарядам, а воздух по-прежнему зависит от штыков».
В 1960-х годах началось приготовление второго поколения ракет класса «воздух-воздух» для использования в войсках. Инфракрасные ракеты класса «воздух-воздух» были представлены американскими AIM-9D «Rattlesnake», французскими Matra R530 и российскими Р-60Т. Ракеты «воздух-воздух» с радиолокационным наведением представлены американской ракетой Sparrow 3A (AIM-7E) и британской ракетой Firebolt.
Из-за низкой надежности ракетной системы ВВС США запустили во Вьетнаме 589 ракет Sparrow 3, из которых только 55 поразили цель, что составляет всего 10%, в то время как только половина от этого количества ракет смогла нормально работать на боевом дежурстве.
Учитывая это, Янник считает, что его придется разрабатывать до конца второго поколения, прежде чем он сможет поступить в эксплуатацию в большом количестве.
Что касается войны, то этой ракеты X-4 будет достаточно. Производственный процесс был простым, и неквалифицированных работников можно было быстро обучить этой работе. Даже во Второй мировой войне Германия с ее крайне скудными ресурсами в конце войны, завод «Рур Блэквелдер» в Руре произвел 1300 ракет за шесть месяцев.
После экскурсии по ракетам класса «земля-воздух», ракетам для воздушных кораблей, противорадиационным ракетам и многим другим, Янник покинул центр разработки ракет и вернулся во дворец.
