Немецкие баллистические ракеты серии "Аггрегат"

Введение

Серия нацистских баллистических ракет

Серия «Агрегат» (нем. Aggregat) — это комплекс разработок баллистических ракет, созданных в 1933–1945 годах в рамках исследовательской программы армии нацистской Германии (Heer). Наибольшим успехом стала ракета A4, более известная как V2.

А1 (1933)

A1 был первым проектом ракеты в серии Aggregat. Он был разработан в 1933 году Вернером фон Брауном в рамках исследовательской программы немецкой армии в Кумерсдорфе, возглавляемой полковником доктором Вальтером Дорнбергером. A1 был прародителем большинства современных ракет. Ракета имела длину, диаметр и взлетный вес. Двигатель, спроектированный Артуром Рудольфом, использовал систему подачи ракетного топлива под давлением, сжигающую этанол и жидкий кислород, и создавал тягу в 2,9 кН (660 фунтов силы) в течение 16 секунд. Бак для жидкого кислорода (LOX) располагался внутри топливного бака и был изолирован стекловолоконным материалом. Ракета стабилизировалась трехъосной гироскопической системой, установленной в носовой части и поставленной компанией Kreiselgeräte GmbH. Ракета не могла вращаться для стабилизации, как артиллерийский снаряд, поскольку центробежная сила заставляла бы жидкое топливо подниматься по стенкам баков, что затрудняло подачу топлива в камеру сгорания. Хотя двигатель был успешно испытан, первая попытка запуска закончилась взрывом на стартовой площадке 21 декабря 1933 года, через полсекунды после зажигания. Причиной стал избыточный накопление топлива перед запуском двигателя. Поскольку конструкция считалась нестабильной, дальнейших попыток не предпринималось, и усилия были перенесены на разработку A2. A1 был слишком перетяжелен носовой частью, и для компенсации гироскопическая система была перемещена в середину A2, между кислородным и этанольным баками.

А2 (1934)

Статические испытания и сборка были завершены к 1 октября 1934 года. Два A2 были построены для полномасштабных испытаний и были названы в честь персонажей карикатуры Вильгельма Буша – Макса и Морица. 19 и 20 декабря 1934 года они были запущены в присутствии старших офицеров армии на острове Боркум в Северном море. В марте 1936 года генерал-оберст Вернер фон Фрич стал свидетелем статического запуска двигателя A3 в Кумерсдорфе и был настолько впечатлен, что поддержал ракетную программу. Как и предыдущие ракеты A1 и A2, A3 использовала систему подачи топлива под давлением, а также ту же смесь жидкого кислорода и 75% этанола, что и предыдущие конструкции. Она создавала тягу в течение 45 секунд. Для отклонения сопла из вольфрамового сплава использовалась трехгироскопическая система. Конструкция была завершена в начале 1936 года, а дальнейшие модификации, обеспечившие стабильность ракеты на сверхзвуковых скоростях, были завершены позднее в том же году. Форма ракеты была основана на форме 8-мм винтовочной пули, в расчете на сверхзвуковой полет. Длина ракеты составляла , диаметр – , а вес в заправленном состоянии – . Для обеспечения "стреловидной устойчивости" были установлены стабилизаторы, структурно закрепленные антенным кольцом. Стабилизированная платформа использовала гироскоп тангажа и гироскоп рыскания, соединенные с пневматическими сервоприводами, которые стабилизировали платформу по осям тангажа и рыскания. Электрические каретки на платформе выполняли функцию интегрирующих акселерометров. Эти сигналы смешивались с сигналами от системы SG 33 для управления сервомоторами управления соплом из молибдена и вольфрама. SG 33 крепилась к ракете, а не к стабилизированной платформе, и использовала три скоростных гироскопа для определения отклонений по крену, тангажу и рысканию. Два сопла отклонялись в одном направлении для управления тангажом и рысканием, а в противоположных направлениях – для управления креном. Система наведения и управления была разработана Фрицем Мюллером на основе идей Йоханнеса Марии Бойкова, технического директора Kreiselgeräte GmbH ("Gyro Instruments Limited"). Парашют был отключен в третьей и четвертой ракетах, запущенных 8 и 11 декабря 1937 года, но и они столкнулись с отказами двигателя, хотя отсутствие сопротивления парашюта позволило им упасть дальше от места запуска. Они достигли высоты от до , прежде чем упасть в море. В качестве топлива по-прежнему использовались жидкий кислород, смесь 75% этанола и 25% воды. Вода снижала температуру пламени, служила охладителем и уменьшала термическое напряжение. Впоследствии был разработан план по захвату неразорвавшейся ракеты V2 и транспортировке ее в Великобританию. Около 20 мая 1944 года относительно неповрежденная ракета V2 упала на болотистый берег реки Буг возле деревни Сарнаки, и местные поляки спрятали ее до прибытия немцев. Затем ракета была разобрана и контрабандой перевезена через Польшу. В конце июля 1944 года польское сопротивление тайно вывезло части ракеты из Польши в рамках операции Most III (Мост III) для анализа британской разведкой.

Static tests and assembly were completed by 1 October 1934. Two A2s were built for a full out test, and were named after a Wilhelm Busch cartoon, Max and Moritz. On 19 and 20 December 1934, they were launched in front of senior Army officers on Borkum island in the North Sea. They reached altitudes of and
In March 1936, Generaloberst Werner von Fritsch witnessed a static firing of an A3 engine at Kummersdorf, and was sufficiently impressed to lend his support to the rocket program. Like the earlier A1 and A2 rockets, the A3 used a pressure fed propellant system, and the same liquid oxygen and 75% ethanol mixture as the earlier designs. It generated its for 45 seconds. It used a three gyroscope system to deflect tungsten alloy jet vanes. The design was finished in early 1936 and further modifications that made the rocket stable at supersonic velocities were finalized later that year. The shape of the rocket was based on the 8 mm rifle bullet, in anticipation of supersonic flight. The rocket was in length, feet in diameter, and weighed when fueled. Fins were included, for "arrow stability", structurally anchored by an antenna ring. The stabilized platform used a pitch gyro and a yaw gyro, connected to pneumatic servos, which stabilized the platform along the pitch and yaw axes. Electrical carriages on the platform acted as integrating accelerometers. These signals were mixed with those from the SG 33 system, to drive the molybdenum tungsten jet vane control servomotors. The SG 33 was fixed to the rocket, not the stabilized platform, and used three rate gyros to sense roll, pitch and yaw deviations. Two of the jet vanes rotated in the same direction for pitch and yaw control, and in opposite directions for roll control. The guidance and control system was designed by Fritz Mueller, based on Johannes Maria Boykow's ideas, the technical director of Kreiselgeräte GmbH ("Gyro Instruments Limited"). The parachute was disabled in the third and fourth rockets launched on 8 and 11 December 1937, but these, too, experienced engine failures, though the lack of parachute drag allowed them to crash further from the launch site. They reached altitudes between and , before falling into the sea. The propellants of choice continued to be liquid oxygen, with a 75% ethanol and 25% water mixture. The water reduced the flame temperature, acted as a coolant, and reduced thermal stress. Subsequently, a plan was formed to make an attempt to capture a complete unexploded V2 rocket and transport it to Britain. Around 20 May 1944, a relatively undamaged V2 rocket fell on the swampy bank of the Bug River near the village of Sarnaki, and local Poles concealed it before German arrival. The rocket was then dismantled and smuggled across Poland. In late July 1944, the Polish resistance secretly transported parts of the rocket out of Poland in Operation Most III (Bridge III), for analysis by British intelligence.

Проект Schwimmweste

В конце 1943 года директор немецкого Трудового фронта (Deutsche Arbeitsfront / DAF) Отто Лафференц предложил идею буксируемого герметичного контейнера, способного вместить ракету А4. Это предложение привело к разработке контейнера водоизмещением 500 тонн, предназначенного для буксировки за подводной лодкой. Достигнув позиции для стрельбы, контейнеры должны были быть отбаластованы с кормы, чтобы принять вертикальное положение для запуска. Проект получил название Projekt Schwimmweste (нем. "проект спасательный жилет"), а сами контейнеры – кодовое обозначение Prüfstand XII (нем. "испытательный стенд XII"). Работы над контейнерами велись на верфи Vulkanwerft, и к концу войны был завершен один образец, но он так и не был испытан с ракетным пуском.

A4b/A9

В предвидении возможности, что стартовые площадки могут быть вынуждены вернуться на территорию самого Рейха, фон Браун и его коллеги были поставлены перед необходимостью разработки версии A4 с увеличенной дальностью, известной как A9 и A4b. Двойное обозначение было связано с тем, что серия A4 получила "национальный приоритет", а обозначение A4b обеспечивало доступ к дефицитным ресурсам. В июне 1939 года Курт Патт из конструкторского бюро Пеенемюнде предложил использовать крылья для преобразования скорости и высоты ракеты в аэродинамическую подъёмную силу и дальность. Когда ракета достигала более плотных слоёв атмосферы на этапе спуска, она должна была выходить на планирование, обменивая скорость на дальность. Патт также предложил концепцию Flossengeschoss (крылатый снаряд). Обе эти концепции были использованы Вальтером Дорнбергером при составлении меморандума для представления Гитлеру относительно "Американской ракеты" 31 июля 1940 года. Проектирование A9 началось в 1940 году. Помимо крыльев, A9 должна была быть несколько больше, чем A4, а её двигатель – обеспечивать примерно на 30% большую тягу. После испытаний моделей в аэродинамической трубе конструкция была изменена: крылья заменили на кили фюзеляжа, поскольку испытания показали, что они обеспечивают лучшую подъёмную силу на сверхзвуковых скоростях и решают проблему трансзвукового смещения центра подъёмной силы. Разработка была приостановлена в 1941 году, но в 1944 году несколько ракет V2 были модифицированы до приближённой конфигурации A9 под обозначением A4b. Было рассчитано, что установка крыльев позволит увеличить дальность A4 до , что даст возможность атаковать цели в Великобритании с пусковых площадок на территории Германии. Предполагалось, что после запуска траектория A4b станет более пологой, и ракета будет планировать к цели. Ожидалось, что перехват вражескими самолётами в конце фазы планирования будет практически невозможен, поскольку над целью A4b должна была выполнять почти вертикальное пикирование, оставляя мало времени для перехвата. Концепция A4b была испытана путем установки стреловидных крыльев на две ракеты A4, запущенные с Блисны. Разработка продвинулась незначительно, и первый запуск 27 декабря 1944 года закончился полным провалом. Вторая попытка запуска, 24 января 1945 года, была частично успешной: крыло оторвалось, но A4b всё же стала первой крылатой управляемой ракетой, преодолевшей звуковой барьер и достигшей скорости 4 Маха.

In anticipation of the possibility that launch sites might be forced back into the Reich itself, von Braun and his colleagues were pressured to develop a longer range version of the A4 known alternatively as A9 and A4b, the reason for the dual designation being that the A4 series had received "national priority"; the A4b designation ensured the availability of scarce resources. In June 1939, Kurt Patt of the Peenemünde Design Office, proposed wings for converting rocket speed and altitude into aerodynamic lift and range. As the rocket encountered thicker atmosphere on its descent phase, it would execute a pullout and enter a shallow glide, trading speed for distance. Patt also proposed the Flossengeschoss (fin projectile). Both concepts were utilized by Walter Dornberger when he drafted a memo for presentation to Hitler regarding the "America rocket" on 31 July 1940. Design studies on the A9 began in 1940. In addition to its wings, the A9 would have been somewhat larger than the A4 and its engine would have produced about 30% more thrust. Following wind tunnel testing of models, the design was subsequently modified to replace the wings with fuselage strakes, as the tests showed that these provided better lift at supersonic speeds and also solved the problem of transonic shift of the center of lift. Development was suspended in 1941, but in 1944 several V2s were modified to an approximation of the A9 configuration under the designation A4b. It was calculated that by fitting wings, the A4's range would be extended to , allowing targets in Britain to be attacked from launch sites within Germany. It was intended that following launch the curve of the A4b's trajectory would become shallower and the rocket would glide toward its target. It was anticipated that interception by enemy aircraft at the end of the glide phase would be almost impossible, as over the target the A 4b was intended to enter a near vertical dive, leaving little time for interception. The A4b concept was tested by fitting swept back wings to two A4s launched from Blizna. Little development work had been carried out, and the first launch on 27 December 1944 was a complete failure. The second launch attempt, on 24 January 1945, was partially successful, in that the wing broke off, but the A4b still managed to become the first winged guided missile to break the sound barrier and attain Mach 4.

А7

A7 представлял собой крылатую конструкцию, которая так и не была полностью построена. Работы над ней велись с 1940 по 1943 год в Пеенемюнде для Kriegsmarine. A7 был схож по конструкции с A5, но имел увеличенные стабилизаторы хвостового оперения (1,621 м²) для достижения большей дальности планирования. Два беспилотных макета A7 сбрасывались с самолетов для испытания устойчивости в полете; двигательные испытания так и не проводились. Завершенная ракета должна была обеспечивать тягу на старте 15 кН при взлетном весе 1000 кг. Диаметр конструкции составлял 0,38 м, а длина – 5,91 м.

А8

A8 представлял собой предлагаемый "увеличенный" вариант A4, предназначенный для использования запасаемых ракетных топлив (скорее всего, азотной кислоты и керосина). Конструкция так и не дошла до стадии прототипа, однако после войны немецкая ракетная группа во Франции продолжила работу над проектом под названием "Super V 2". В конечном итоге проект был закрыт, но послужил основой для французских ракетных проектов Véronique и Diamant.

А9/А10

Предлагалось использовать усовершенствованную версию A9 для атаки целей на материковой части США с пусковых площадок в Европе, для чего её необходимо было запускать на вершине разгонного блока A10. Проектирование A10 началось в 1940 году, а первый полёт планировался на 1946 год. Первоначальный проект был выполнен Людвигом Роттом и Граупе и завершён 29 июня 1940 года. Герман Оберт работал над проектом в течение 1941 года, а в декабре 1941 года Вальтер Тиль предложил использовать для A10 двигатель, состоящий из шести объединённых двигателей A4, которые, как предполагалось, должны были обеспечить общую тягу в 180 тонн. Работа над A10 была возобновлена в конце 1944 года под кодовым названием Projekt Amerika, и конструкция A10 была изменена для включения группы из 6 камер сгорания A4, подающих продукты сгорания в единое расширительное сопло. Позже это было изменено на большую единую камеру сгорания и единое сопло. На полигоне Пеенемюнде были построены испытательные стенды для проведения испытаний двигателя тягой 200 тонн. Считалось, что существующие системы наведения будут недостаточно точными на расстоянии 5000 км, и было решено сделать A9 пилотируемой. Пилот должен был быть наведён на цель на конечном участке полёта с помощью радиомаяков, установленных на подводных лодках, и автоматических метеорологических станций, размещённых в Гренландии и Лабрадоре. Окончательная конструкция разгонного блока A10 имела высоту примерно . Приводимый в действие ракетным двигателем тягой , сжигающим дизельное топливо и азотную кислоту, в течение 50 секунд работы он должен был разогнать вторую ступень A9 до скорости около . Затем A9 должен был запуститься и дополнительно ускориться до скорости около , достигнув пиковой высоты около и преодолев расстояние в за примерно 35 минут. Отработанный A10 спускался на тормозных щитках и парашюте для последующего извлечения из моря и повторного использования.

А11

A11 (Japan Rakete) был концептом, который должен был служить первой ступенью трехступенчатой ракеты, а другими двумя ступенями были A9 и A10. Фон Браун продемонстрировал проект A11 американским офицерам в Гармиш-Партенкирхене; рисунок был опубликован армией США в 1946 году. На чертеже A11 было показано использование шести крупных однокамерных двигателей, предложенных для ступени A10, с модифицированной второй ступенью A10, размещенной внутри A11. Также на чертеже был изображен крылатый A9, что указывало на возможность планирующей посадки или выполнения бомбардировочной миссии. Для выхода на орбиту потребовалась бы либо новая "разгонная ступень", либо облегчение A9. В любом случае, на низкую околоземную орбиту можно было бы вывести полезную нагрузку массой около [укажите массу из контекста], что примерно соответствует современной ракете Electron.

А12

Если бы A12 был построен, это была бы орбитальная ракета. Проект предусматривал четырехступенчатую конструкцию, состоящую из ступеней A12, A11, A10 и A9. Расчеты показывали, что она могла бы выводить на низкую околоземную орбиту до 10 тонн полезной нагрузки, что сопоставимо с ракетой "Сатурн-I" программы "Аполлон". Сама ступень A12, полностью заправленная топливом, весила бы около 3500 тонн и имела бы значительную высоту. Движение ракеты должно было обеспечиваться 50 двигателями A10, работающими на жидком кислороде и этаноле.