Введение

Сверхзвуковая межконтинентальная крылатая ракета 1950-х годов

Североамериканская СМ-64 «Навахо» — проект сверхзвуковой межконтинентальной крылатой ракеты, разработанный компанией North American Aviation (NAA). Окончательная конструкция была способна доставлять ядерное оружие в СССР с баз на территории США, совершая крейсерский полет на большой высоте. Ракета названа в честь народа навахо. Изначальный проект 1946 года предусматривал создание системы относительно небольшой дальности – планирующего боеприпаса на основе крылатой ракеты V-2. Со временем требования неоднократно расширялись как из-за стремления ВВС США к системам большей дальности, так и из-за конкуренции с аналогичными вооружениями, успешно занявшими нишу меньшей дальности. Это привело к созданию новой конструкции, основанной на крылатой ракете с прямоточным воздушно-реактивным двигателем, которая также развивалась в серию все более крупных версий, вместе с ракетами-носителями для разгона до необходимой скорости. В этот период ВВС США разрабатывали СМ-65 «Атлас», основанный на ракетных технологиях, разработанных для «Навахо». «Атлас» решал те же задачи, но мог выполнять их за время полета, измеряемое минутами, а не часами, и на скоростях и высотах, делавших его невосприимчивым к перехвату, в отличие от «Навахо», перехват которого был лишь крайне затруднен. После запуска «Спутника-1» в 1957 году и последовавших за этим опасений по поводу отставания в ракетной технике, «Атлас» получил приоритет в разработке. «Навахо» продолжал рассматриваться как резервный вариант, но был отменен в 1958 году, когда «Атлас» успешно завершил разработку. Хотя «Навахо» так и не поступил на вооружение, его разработка дала ценные результаты в ряде областей. Версия планера «Навахо», оснащенная одним турбореактивным двигателем, стала AGM-28 «Хаунд Дог», который доставлялся к цели на бомбардировщике Boeing B-52 «Стратофортресс», а затем самостоятельно преодолевал оставшееся расстояние со скоростью около 2 Махов. Система наведения была использована для наведения первых подводных лодок с баллистическими ракетами «Поларис». Конструкция ускорительного двигателя, выделенная в новое дочернее предприятие NAA – Rocketdyne, применялась в различных модификациях ракет «Атлас», PGM-11 «Редстоун», PGM-17 «Тор», PGM-19 «Юпитер», Mercury Redstone и серии Juno; таким образом, она является прямым предком двигателей, использовавшихся для запуска ракет Saturn I и Saturn V для полетов на Луну.

Послевоенные ракетные исследования армии

Немцы во время войны представили ряд новых "оружий-чудес", которые вызывали большой интерес у всех союзных сил. Реактивные двигатели уже широко использовались после их внедрения в Великобритании, но летающая бомба V-1 и ракета V-2 представляли собой технологии, не разработанные где-либо еще. При немецком использовании эти виды оружия имели относительно небольшое стратегическое значение и требовали применения тысячами для нанесения какого-либо существенного ущерба. Однако, если бы они были оснащены ядерным оружием, даже одно такое оружие могло бы нанести ущерб, эквивалентный тысячам обычных версий, и это направление исследований было быстро подхвачено ВВС США в конце 1944 года. Ванневар Буш из Научного консультативного совета ВВС США был убежден, что пилотируемые или автоматические аппараты, подобные V-1, были единственным возможным решением для задач большой дальности. Баллистическая ракета, способная нести даже самую маленькую боеголовку, была "по крайней мере на десять лет впереди", и, отвечая на прямой вопрос по этой теме, он отметил:

Военные планировщики начали разрабатывать планы для широкого спектра послевоенных ракетных систем, варьирующихся от баллистических ракет малой дальности до летающих бомб большой дальности. После значительных внутренних дебатов между различными родами войск в августе 1945 года эти планы были оформлены в секретном документе, описывающем множество таких систем, включая различные крылатые ракеты, по сути, V-1 с увеличенной дальностью и большей полезной нагрузкой, необходимой для доставки ядерной боеголовки. Были определены три основных варианта в зависимости от дальности: один для ракеты, другой – и, наконец, один для обоих – дозвуковых и сверхзвуковых моделей.

Конкурирующие проекты

Различные предложения были направлены семнадцати авиационным фирмам 31 октября 1945 года. Из множества полученных предложений, шесть компаний получили контракты на разработку. Предложения по ракетам большей дальности основывались исключительно на конструкциях крылатых ракет, в то время как предложения по ракетам меньшей дальности представляли собой сочетание различных конструкций. Этим разработкам были присвоены обозначения в соответствии с серией "MX" Секции экспериментальной инженерии ВВС США. Главный конструктор NAA, Датч Киндельбергер, был убежден в перспективности ракет и нанял Уильяма Боллая из Бюро аэронавтики ВМС США для руководства их новообразованной исследовательской лабораторией. Ранее Боллей руководил разработкой турбореактивных двигателей для ВМС. По прибытии Боллей ознакомился с предложениями армии и решил представить проект ракеты малой дальности, основанный на крылатой баллистической ракете, разработанной на базе немецкой конструкции A 4b (иногда известной как A 9), являющейся развитием базовой V-2. 24 марта 1946 года NAA получила контракт W33 038 ac 1491 на эту ракету, обозначенную MX 770. Изначальный проект предусматривал дальность полета в 500 миль (805 км) с полезной нагрузкой, но 26 июля этот показатель был увеличен до. Ряд других проектов также были приняты, однако все они представляли собой конструкции крылатых ракет, предназначенные для удовлетворения требований к большей дальности. Это были MX 771 A от Martin для дозвуковой ракеты и B для сверхзвуковой версии, MX 772 A и B от Curtiss Wright, MX 773 A и B от Republic Aircraft, и MX 775 A и B от Northrop. Предполагалось, что одна дозвуковая и одна сверхзвуковая конструкция будут запущены в производство и получили обозначения SSM A 1 и SSM A 2 соответственно. Единственная баллистическая ракета в этой группе, MX 774, была передана Consolidated Vultee. Когда президент Гарри С. Трумэн распорядился о значительном сокращении военных расходов на 1947 финансовый год в рамках доктрины Трумэна, ВВС США были вынуждены внести существенные сокращения в свою программу разработки ракет. Финансирование ракет было сокращено с 29 миллионов до 13 миллионов долларов (29,0 миллионов долларов в 1947 году эквивалентны приблизительно <расчетной сумме> в современных долларах, а 13,0 миллионов долларов в 1947 году эквивалентны приблизительно <расчетной сумме> в современных долларах). То, что вошло в историю как "черное Рождество 1946 года", привело к отмене многих первоначальных проектов, и оставшиеся компании стали работать над одной конструкцией вместо двух. Только Martin продолжил разработку дозвуковой конструкции, их MX 771 A, и в 1949 году поставил первую SSM A 1 Matador. Остальным компаниям было предписано работать исключительно над сверхзвуковыми проектами.

Работа с двигателем

NAA начало экспериментировать с ракетными двигателями в 1946 году, испытывая их на парковке компании и защищая автомобили, устанавливая бульдозер перед двигателями. Сначала они использовали конструкцию Aerojet, а затем разработали собственную модель. К весне 1946 года захваченные немецкие данные распространялись по всей отрасли. В июне 1946 года команда решила отказаться от собственных разработок и создать новый двигатель на базе V-2 модели 39. В конце 1946 года два двигателя модели 39 были отправлены в NAA для изучения, где они получили обозначение XLR 41 Mark I. "XLR" расшифровывалось как "eXperimental Liquid Rocket" – новая система обозначений, принятая Военно-воздушными силами. Эти двигатели были взяты за основу для перевода измерений из метрической системы в систему SAE и адаптации американских технологий строительства, что получило название Mark II. В этот период компания получила ряд отчетов о поздних разработках двигателя модели 39a для V-2, в котором восемнадцать отдельных камер сгорания оригинальной модели были заменены единой пластиной с отверстиями ("душевой головкой") внутри одной большой камеры. Это не только упростило конструкцию, но и снизило вес и повысило эффективность. Немцам так и не удалось добиться стабильной работы этой конструкции из-за нестабильности горения, и они продолжали использовать более раннюю модель, несмотря на её меньшую производительность. Команда, разработавшая двигатель, теперь находилась в Соединенных Штатах после захвата в рамках операции "Скрепка". Многие из них организовывали новые исследования, финансируемые армией, под руководством Вернера фон Брауна. Компания наняла Дитера Хузеля в качестве координатора между NAA и армейской ракетной командой. В сентябре 1947 года компания приступила к проектированию двигателя с конструкцией "душевой головки", который они назвали Mark III. Первоначальной целью было достижение тяги, аналогичной модели 39, но при этом снизить вес на 15%. Работа над Mark II продолжалась, и детальный проект был завершен в июне 1947 года. В марте компания арендовала большой участок земли в западной части долины Сан-Фернандо к северу от Лос-Анджелеса, в горах Санта-Сусана, для испытаний крупногабаритных двигателей. Был построен ракетный испытательный центр, финансируемый из корпоративных средств в размере 1 миллиона долларов (1 000 000,0 в 1947 году эквивалентно приблизительно <расчетной сумме> в последние годы) и 1,5 миллиона долларов (1 500 000,0 в 1947 году эквивалентно приблизительно <расчетной сумме> в последние годы) от ВВС США. Первые детали начали поступать в сентябре. Разработка Mark III велась параллельно с использованием уменьшенной версии, которую можно было испытывать на парковке. Команда внесла ряд изменений в эту версию и в конечном итоге решила проблемы с горением.

Развивающийся дизайн

Другой набор немецких исследовательских работ, полученных NAA, касался работы над сверхзвуковыми прямоточными воздушно-реактивными двигателями, которые, казалось, делали возможным создание высокоскоростной крылатой ракеты. Боллей начал серию параллельных проектов: Фаза 1 – оригинальный проект планирующего полета, Фаза 2 – проект с использованием прямоточных воздушно-реактивных двигателей, а Фаза 3 – исследование необходимой ракеты-носителя для разгона аппарата Фазы 2 до скорости при вертикальном старте. Тем временем, аэродинамики компании обнаружили, что стреловидная конструкция крыла A 4b была принципиально неустойчива на трансонических скоростях. Они перепроектировали ракету, установив дельтавидное крыло в хвостовой части и предкрылки в носовой. Инженеры, работавшие над инерциальной навигационной системой (INS), изобрели совершенно новую конструкцию, известную как кинетический двойной интегрирующий акселерометр (KDIA), который измерял не только скорость, как в версии V-2, но и интегрировал ее для определения местоположения. Это означало, что автопилот должен был лишь сравнивать координаты цели с текущим местоположением, полученным от INS, чтобы рассчитать, если необходимо, корректировку для возвращения ракеты на курс. Таким образом, к июню 1947 года оригинальная конструкция A 4b была изменена во всех аспектах: двигатель, планер и навигационные системы были полностью новыми.

Новая концепция

В сентябре 1947 года ВВС США были выделены из состава Армии США. В рамках разделения стороны договорились разделить текущие проекты разработки в зависимости от дальности: Армия принимала на себя все проекты с дальностью 100 миль (161 км) или меньше, а ВВС – все, что превышало этот показатель. MX 770 значительно уступал этому пределу, но вместо передачи проекта Артиллерийскому управлению Армии, которое работало с фон Брауном над баллистическими ракетами, в феврале 1948 года ВВС запросили у NAA удвоить дальность MX 770, чтобы отнести его к сфере ответственности ВВС. Проанализировав проделанную работу, NAA отказалась от концепции прямоточного воздушно-реактивного двигателя (ПВРД) и перешла к разработке крылатой ракеты с ПВРД в качестве основного варианта. Даже с более эффективной силовой установкой, обеспечиваемой ПВРД, ракета должна была быть на 33% больше, чтобы достичь требуемой дальности. Это потребовало более мощного разгонного блока, поэтому требования к XLR 41 Mark III были повышены до… Инерциальная навигационная система N 1 INS дрейфовала со скоростью 1 миля в час, поэтому на максимальной дальности она не смогла бы обеспечить требуемую ВВС точность в 2500 футов (762 м) (CEP). Компания начала разработку N 2 для решения этой проблемы и обеспечения значительного запаса точности в случае увеличения дальности. По сути, это был механизм N 1, объединенный со звездным датчиком, который обеспечивал корректировку курса в полете для компенсации накопленного дрейфа. ВВС присвоили ракете обозначение XSSM A 2 и затем разработали трехэтапный план развития. На первом этапе существующая конструкция должна была использоваться для разработки технологий и в качестве испытательной платформы для различных концепций запуска, включая первоначальную концепцию разгонного блока, а также запуск с помощью ракетных ускорителей и сбрасывание с самолета. Второй этап предусматривал увеличение дальности ракеты до…, а третий – дальнейшее увеличение до межконтинентальной дальности с более тяжелой боеголовкой. Эволюция конструкции завершилась в июле 1950 года спецификациями системы вооружения 104A ВВС. Согласно новым требованиям, целью программы была разработка ядерной ракеты дальностью 5500 миль (8851 км).

WS-104A

В соответствии с WS 104A, программа «Навахо» была разделена на три проекта управляемых ракет. Первой из этих ракет была североамериканская X-10 – летающий стенд для испытаний, предназначенный для подтверждения общей аэродинамики, систем наведения и управления для аппаратов второго и третьего этапов. X-10 представлял собой беспилотный высокоскоростной реактивный самолет, оснащенный двумя турбореактивными двигателями Westinghouse J40 с форсажными камерами и убирающейся шасси для взлета и посадки. Он мог развивать скорость до 2 Махов и пролетать почти 805 км. Его успешные испытания на авиабазе Эдвардс, а затем на мысе Канаверал, подготовили основу для разработки второго аппарата: XSSM A-4, «Navaho II» или G-26. Второй этап, G-26, был почти полноразмерным ядерным аппаратом «Навахо». Запускаемый вертикально с помощью ракетного ускорителя на жидком топливе, G-26 поднимался вверх, пока не достигал скорости около 3 Махов и высоты 15240 м. После этого ускоритель отработал, и включались прямоточные воздушно-реактивные двигатели (ПВРД) для доставки аппарата к цели. С 1956 по 1957 год с пусковой площадки 9 (LC-9) на станции ВВС на мысе Канаверал (CCAFS) было выполнено в общей сложности 10 запусков G-26. Пусковая площадка 10 (LC-10) также была выделена для программы «Навахо», но с нее никогда не запускали G-26 (она использовалась только для наземных испытаний планируемой мобильной пусковой установки). Окончательная оперативная версия, G-38 или XSM-64A, имела ту же базовую конструкцию, что и G-26, но была больше. Она включала в себя множество новых технологий: титановые компоненты, ракетные двигатели с поворотным соплом, комбинацию керосина и жидкого кислорода в качестве топлива, а также полностью твердотельную электронную систему управления. Ни один из этих аппаратов не был запущен в полет, поскольку программа была отменена до завершения первого экземпляра. Передовая технология ракетных ускорителей впоследствии использовалась в других ракетах, включая межконтинентальную баллистическую ракету «Atlas», а инерциальная система наведения позже была применена в качестве системы наведения на первых атомных подводных лодках США. Разработка ракетного двигателя первой ступени для «Навахо» началась в 1947 году с двух восстановленных двигателей V-2. В том же году был спроектирован двигатель второго этапа, XLR 41 NA-1 – упрощенная версия двигателя V-2, изготовленная из американских деталей. Двигатель третьего этапа, XLR 43 NA-1 (также известный как 75K), получил цилиндрическую камеру сгорания с экспериментальной немецкой инжекторной пластиной с перекрещивающимися потоками. Инженерам North American удалось решить проблему устойчивости горения, которая мешала его использованию в V-2, и двигатель был успешно испытан на полную мощность в 1951 году. Двигатель четвертого этапа, XLR 43 NA-3 (120K), заменил плохо охлаждаемую тяжелую немецкую стенку камеры сгорания на конструкцию из спаянных трубок («спагетти»), которая становилась новым стандартным методом регенеративного охлаждения в американских двигателях. Двухдвигательная версия этого двигателя, XLR 71 NA-1 (240K), использовалась в G-26 «Navaho». С улучшенным охлаждением была разработана более мощная керосиновая версия для трехдвигательного XLR 83 NA-1 (405K), который использовался в G-38 «Navaho». Обладая всеми элементами современного двигателя (за исключением сопла конической формы), он послужил основой для разработки двигателей «Atlas», «Thor» и «Titan».

Эксплуатационная история

Первая попытка запуска, 6 ноября 1956 года, закончилась неудачей через 26 секунд полета. За ней последовало десять неудачных запусков, прежде чем 22 марта 1957 года еще один аппарат успешно стартовал и пролетел 4 минуты 39 секунд. Попытка 25 апреля привела к взрыву вскоре после старта, а полет 26 июня длился всего 4 минуты 29 секунд. Официально программа была закрыта 13 июля 1957 года после того, как первые четыре запуска завершились провалом. Фактически, к середине 1957 года программа устарела, поскольку первые летные испытания МБР Atlas начались в июне, а МБР Jupiter и Thor демонстрировали значительный потенциал. Однако создание этих баллистических ракет было бы невозможно без разработок в области жидкостных ракетных двигателей, достигнутых в рамках программы "Navaho". Запуск советского спутника "Спутник" в октябре 1957 года окончательно завершил программу "Navaho", поскольку ВВС перенаправили свои исследовательские средства на разработку МБР. Но технологии, разработанные для "Navaho", в 1957 году были повторно использованы при создании AGM-28 Hound Dog – ядерной крылатой ракеты, производство которой началось в 1959 году. Параллельно Советский Союз работал над проектами Мясищева РСС-40 "Буран" и Лавочкина "Буря", а чуть позже – над Ту-123. Первые два типа представляли собой большие ракетные прямоточные воздушно-реактивные двигатели, а третий – турбореактивный самолет. С отменой программы "Navaho" и перспективой использования МБР в стратегических целях, первые два проекта были также закрыты. Однако проект Лавочкина, который прошел несколько успешных испытательных полетов, был продолжен для научно-исследовательских целей, а Ту-123 был переработан в большой, высокоскоростной разведывательный беспилотник.

Операторы

Военно-воздушные силы США отменили программу до принятия "Навахо" на вооружение.

Выжившие

Один сохранившийся экземпляр X-10 экспонируется в галерее исследований и разработок Музея Военно-воздушных сил США. Ракета-носитель "Навахо", хотя и не обозначена как таковая, в настоящее время выставлена перед зданием поста VFW в Форт-Маккое, штат Флорида. Другая сохранившаяся ракета "Навахо" ранее экспонировалась у южных ворот базы ВВС Кейп-Канаверал, штат Флорида. Этот экземпляр был поврежден ураганом "Мэтью" 7 октября 2016 года, но был восстановлен Фондом музея космоса и ракетной техники и вновь установлен в марте 2021 года.

Заметные появления в СМИ

В сериале "Люди в космосе" 1960-х годов использовались кадры испытаний SM 64 и X-10 на авиабазе Эдвардс для изображения посадок космических кораблей на пустынную взлетно-посадочную полосу.