Материал опубликован в журнале «Арсенал Отечества» № 1 (69) за 2024 г.

Александр Путин, Андрей Букаев, Дмитрий Ельцов

Зарождение и становление ракетного оружия

История создания первых ракет тесно связана с изобретением пороха в странах Востока (прежде всего, в Китае) и уходит корнями в глубокую древность на много столетий до нашей эры. Используемые вначале для фейерверков и подачи сигналов, они постепенно нашли и боевое применение. В дальнейшем ракетостроение получило распространение на Западе.
Фундаментальный принцип работы ракетного двигателя — выброс горячих газов через сопло для возникновения движения в противоположном направлении — замечательно иллюстрируют два примера из истории. Римский писатель Авл Геллий рассказывает об Архите, который около 400 г. до н. э. построил летающего деревянного голубя. Голубь держался на лету благодаря струе пара или сжатого воздуха, которая выбрасывалась через сопло.
Три века спустя Герон из Александрии изобрел «эолипил», двигатель, основанный на том же принципе выброса струи пара в качестве движущей силы. В эолипиле пустую сферу и резервуар с водой соединяли трубки, которые выступали в роли опоры, поддерживая сферу на весу. Огонь под резервуаром в итоге создавал пар, который попадал в сферу по трубкам. Единственным выходом для газа были два Г-образных отвода, направленных в разные стороны. Выбрасываемый пар создавал момент, разворачивая таким образом сферу вокруг оси на шарнирах.
Деревянный голубь и эолипил даже отдаленно не похожи на ракету. Древние записи показывают, что китайцы изобрели порох — смесь селитры, серы и угольной пыли. На религиозных празднествах с помощью пороха и пустых бамбуковых палок, закрытых с одной стороны, получали разноцветные искры, дым и взрывы. Возможно, некоторые из этих бамбуковых трубок начинали отстреливать или проносились по земле, и китайцы начали прилажитвать их к стрелам.
Сначала стрелы пускали обычным способом, из лука, получая своего рода предшественника зажигательной бомбы, но позже китайцы поняли, что бамбуковые палки могут сами запускаться с помощью тяги, которую образовывали выпускаемые горячие газы.
Первое задокументированное использование такой «правильной» ракеты приходится на битву при Кай-Кен между китайцами и монголами в 1232 году. Во время этой битвы китайцы смогли отбить монголов с помощью примитивной ракеты на твердом топливе. Пустая трубка была закрыта с одного конца, заполненного порохом, и прикреплена к длинной палке.

Зажигание пороха приводило к увеличению давления внутри пустой трубки, и горячему газу и дыму приходилось выходить через открытый конец. По закону сохранения импульса это создает тягу для движения ракеты в направлении закрытого конца трубки. Длинный стержень при этом играет роль примитивной системы управления, напоминая современные ракеты для фейерверков.
По одной из версий, в Европу ракеты завезли в ходе монгольских завоеваний XIII века. В Англии Роджер Бэкон изобрел более мощный порох (75 % селитры, 15 % угля и 10 % серы), который увеличил дальность полета ракет. В то же время Жан Фруассар добавил стартовый стол, запуская ракеты через трубы для увеличения точности.
В конце ХVI столетия немецкий испытатель Иоган Шмидлап экспериментировал со ступенчатыми ракетами и идеей, которая лежит в основе всех современных ракет. Шмидлап приладил меньшую ракету — вторую ступень сверху большей ракеты — первой ступени, и когда первая ступень закончила гореть, вторая ступень продолжила поднимать ракету на большие высоты. Примерно в то же время польско-литовский командир польской армии Казимир Семенович опубликовал рукопись, к которой прилагались изображения многоступенчатых ракет и стабилизаторов дельта-крыл. Последние должны были заменить длинные стержни, которые выступали в роли стабилизаторов.
Научные основы ракетостроения были заложены в эпоху Просвещения Исааком Ньютоном в виде трех законов движения. Скорее всего, первые конструкторы ракет понимали их интуитивно, но именно эти сформулированные принципы стали осознанно использовать при проектировании.
В 1720‑х годах, примерно, когда умер Ньютон, исследователи в Нидерландах, Германии и России стали учитывать его законы при разработке ракет. Датский профессор Вильгельм Гравезанд построил реактивные автомобили, в которых выбрасывался пар. В Германии и России ракетостроители стали больше экспериментировать с ракетами. Эти ракеты были достаточно мощными, и перед отрывом горячие струи пламени выжигали глубокие ямы в земле. В период британских колониальных войн 1792 и 1799 гг. индийцы впервые использовали ракеты для обстрела британской армии. Хайдер Али и его сын Типу Султан, правители княжества Майсур в Индии, в 1792 году разработали первые ракеты в железном корпусе и выпустили их по британцам в англо-майсурских войнах.
Использование железной оболочки для топлива увеличивало тягу и дальность, что признается гораздо более продвинутой технологией по сравнению с тем, что до этого видели британцы. Вдохновленный этой технологией, британский полковник Уильям Конгрив начал проектировать собственную ракету для британских сил. Он разработал новую смесь топлива и добавил к железной трубе конусообразную носовую часть для улучшения аэродинамики. Ракеты Конгрива имели дальность полета до 5 км. Они успешно использовались британцами в Наполеоновских войнах и запускались с кораблей при атаке форта Мак Генри в войне 1812 года. Конгрив создал заполненные дробью ракеты для использования против наземных целей и зажигательные ракеты для использования против кораблей. Тем не менее, даже в ракетах Конгрива не был устранен главный недостаток ракет того времени: довольно низкая точность попадания в цель.
В 1844 году британский конструктор Уильям Хейл разработал принцип стабилизации ракет при помощи вращения, сегодня применяемый в оружейных стволах. Это новшество избавило от необходимости использовать направляющие палки. Уильям Хейл заставил выбрасываемые газы обтекать небольшие лопасти (рули), заставляя ракету вращаться и стабилизироваться. Когда прусская армия разработала орудия со скользящим затвором, что оказалось гораздо эффективнее лучших ракет, военное применение последних отошло на задний план.
Российский учитель Константин Циолковский предложил использовать ракеты в качестве средства передвижения для исследования космоса, но признал, что для этого потребуется серьезный прорыв в дальности их полета. Циолковский понимал, что скорость и дальность ракет была ограничена скоростью выбрасывания топливных газов. В докладе 1903 года «Исследование мировых пространств реактивными приборами» он предложил использование жидкого топлива и сформулировал уравнение, связав скорость истечения газов ракетного двигателя с изменением скорости самой ракеты.

Американский ученый Роберт Г. Годдард в 1919 году опубликовал короткую рукопись под названием «Метод достижения экстремальных высот», которая представила его математический анализ и практические эксперименты по разработке высоковысотных ракет. Годдард предложил три способа улучшения технологии твердого топлива. Во-первых, взрыв должен быть сосредоточен в такой небольшой камере, что топливный бак будет находиться под меньшим давлением. Во-вторых, Годдард придерживался идеи использования многоступенчатых ракет для увеличения их дальности, и в‑третьих, он предложил использовать сверхзвуковое сопло Лаваля, чтобы увеличить скорость выбрасывания горячих газов.
Несмотря на технические сложности, Годдард разработал первую успешную жидкотопливную ракету, которая использовала бензин в качестве горючего и жидкий кислород в качестве окислителя, и опробовал ее 16 марта 1926 года. Ракета горела 2,5 секунды и поднялась на высоту в 12,5 метров. Это, на первый взгляд, незначительное достижение Годдарда вывело ракетостроение на кривую экспоненциального роста, что привело к радикальным улучшениям в следующие 40 лет. Сам Годдард добавил гиростабилизирующую конструкцию для управления полетом и ввел парашютную систему спасения.
На другом берегу Атлантики немецкие ученые начинали играть свою важную роль в развитии ракет. Под влиянием идей Германа Оберта о ракетных путешествиях, математике космических полетов и реальных разработках ракет в Германии был основан ряд ракетных клубов и исследовательских институтов.
Под руководством Вернера фон Брауна и Вальтера Дорнберга Общество космических полетов сыграло ключевую роль в разработке Vergeltungswaffe 2, известной как «Фау‑2», самой прогрессивной ракеты того времени.
Ракета «Фау‑2» сжигала смесь спирта в качестве топлива и жидкого кислорода в качестве окислителя и достигла больших значений тяги, улучшив секундный расход массы до 150 килограмм в секунду. В «Фау‑2» сошлось большинство технологий, которые можно увидеть в современных ракетах.
Она была способна доставить тысячекилограммовую боеголовку на дальность до 300 км. Ракете «Фау‑2» при этом не хватало точности для гарантированного удара по конкретной цели. К концу Второй мировой войны немецкие ученые начали разрабатывать межконтинентальные баллистические ракеты, способные атаковать США.
С падением Третьего рейха в апреле 1945‑го многие из этих технологий попали в руки союзников. Ракетная программа союзников была не такой продвинутой, и началась настоящая гонка, чтобы захватить как можно больше немецких разработок. Только одни американцы захватили 300 вагонов с деталями ракет «Фау‑2» и отправили их в США. Более того, самые выдающиеся из немецких ракетчиков эмигрировали в Соединенные Штаты, отчасти потому что там было лучше заниматься разработками и отчасти, чтобы избежать последствий за участие в военной машине нацистов. «Фау‑2» основательно выросла в американскую ракету Redstone, которая использовалась в программе Меркьюри.
На Руси первые ракеты появились в ХV веке, и к концу ХVI века в России уже достаточно хорошо знали устройство, способы изготовления и практического применения ракет. Данный факт подтверждает Устав ратных, пушечных и других дел, касающихся довоенной науки, который между 1607 и 1621 годами написал «пушечных дел мастер» Онисим Михайлов. В этом сочинении, сохранившемся до наших дней, имеется подробное описание тогдашних ракет, которые автор называл «ядрами, которые бегают и горят», и указывал возможность их применения в качестве зажигательного средства при осаде крепостей.
С 1680 года в России существовало уже специальное ракетное заведение.
В этом заведении в конце ХVII века изготавливали различные ракеты, зажигательные фитили к ним, составы «цветных огней».
В 1717 году на вооружение была принята сигнальная ракета, которая просуществовала в русской армии без значительных изменений почти 150 лет. Последующие успехи в создании основ отечественного ракетостроения были достигнуты в ХVIII веке благодаря научным трудам замечательных русских артиллеристов графа П. И. Шувалова, майора артиллерии М. В. Данилова, А. П. Демидова. Последний создал первый станок для одновременного пуска пяти ракет.
Первые русские боевые ракеты, предназначенные для поражения живой силы и материальной части противника, создал в 1817 году генерал-майор от артиллерии Александр Дмитриевич Засядко. В результате инициативных работ на собственные средства он за два года сконструировал ракеты фугасного и зажигательного действия четырех разных калибров: 2 дюйма (51 мм); 2,5 дюйма (64 мм); 3 дюйма (76 мм); 4 дюйма (102 мм). Кроме того, он создал более совершенный станок, состоявший из деревянной треноги с прикрепленной к ней железной пусковой трубой, способной вращаться.
По инициативе А. Д. Засядко в 1827 году была сформирована первая русская ракетная рота, успешно действовашая затем при осаде турецких крепостей Варна, Шумла, Силистрия и Браилов. Научная и конструкторская работа А. Д. Засядко была успешно продолжена во второй половине ХIХ столетия генералом К. И. Константиновым, значительно усовершенствовавшим реактивные снаряды и станки к ним. Ракетами системы Константинова оснащались не только сухопутные подразделения, но и боевые корабли. К сожалению, в конце ХIХ и начале ХХ века труды энтузиастов ракетостроения не нашли понимания и поддержки на уровне государственного и высшего военного руководства, поэтому многим интересным проектам был дан отказ. Имевшиеся на вооружении русской армии в начале ХХ столетия ракеты мало отличались от ракет середины ХIХ века конструкции К. И. Константинова.
Большим вкладом в развитие отечественного ракетостроения стали исследования преподавателя Михайловской артиллерийской академии полковника И. П. Граве в области ракетных топлив и создание 21 мая 1921 года в Москве Лаборатории для разработки изобретений инженера Тихомирова, переименованной в 1928 году в Газодинамическую лабораторию ВНИК при РВС СССР. В 1933 году в Москве по инициативе начальника вооружения Красной армии был создан Ракетный научно-исследовательский институт (РНИИ), объединивший ленинградскую Газодинамическую лабораторию (ГДЛ) и московскую Группу изучения реактивного движения (ГИРД). Начальником РНИИ был назначен И. Т. Клейменов (бывший директор ГДЛ), а его заместителем — С. П. Королев (бывший начальник ГИРД).
В 30‑е годы прошлого столетия в СССР началось активное развитие ракетостроения и реактивной артиллерии. Это стало следствием мирового научно-технического прогресса и сложившейся международной обстановки.
Уже в 1930–1933 годах начались опыты с 82- и 132‑мм реактивными снарядами, а также реактивными бронебойными и бетонобойными бомбами.
В июне 1938 г. приняты на вооружение осколочно-фугасный реактивный снаряд РС‑132 и пусковая установка на шасси ЗИС‑5 (в 1939 г. — ЗИС‑6).
21 июня 1941 года после испытаний было принято решение о развертывании серийного производства пороховых ракет М‑13 и пусковых установок БМ‑13 катюша. Пусковая установка БМ‑13 производила пуск 16 ракет за 7–10 с. на дальность до 8,5 км, что позволяло намного повысить плотность огня.
Впервые новое оружие было применено 14 июля 1941 года батареей из пяти БМ‑13 под командованием капитана И. А. Флерова, которая провела внезапный огневой налет на скопление фашистов в районе Центрального вокзала г. Орши. Всего за годы Великой Отечественной войны в Советском Союзе было произведено 10 114 боевых машин и 12 570 000 снарядов к ним.
После окончания Второй мировой войны наступил качественно новый этап в развитии вооружения — началась эра ракетно-ядерного оружия. С созданием ядерных боеприпасов и обычных боеприпасов большой мощности появилась необходимость в разработке средств их доставки на большие расстояния. Возникают ракетные комплексы (РК) как совокупность ракет наземного оборудования, средств обеспечения и обслуживающего персонала, предназначенные для решения боевых задач. 
Продолжение следует.

Авторы:
Александр Путин, полковник в отставке, доцент кафедры, Михайловская военная артиллерийская академия (г. Санкт-Петербург)
Андрей Букаев, подполковник запаса, кандидат технических наук, доцент кафедры, Михайловская военная артиллерийская академия (г. Санкт-Петербург)
Дмитрий Ельцов, майор в отставке, доцент кафедры, Михайловская военная артиллерийская академия (г. Санкт-Петербург)