Викинг (ракета)

Американские зондирующие ракеты, 1949-1955 гг.

Викинг
Запуск Викинга-10 7 мая 1954 г.
ФункцияИсследовательская ракета-зонд
ПроизводительКомпания Гленна Л. Мартина
Страна происхожденияСоединенные Штаты
Размер
Высота15 м (49 футов); 13 м (43 фута)
Диаметр81 см (32 дюйма); 114 см (45 дюймов)
Этапы1
Емкость
Полезная нагрузка в {{{to}}}
История запусков
СтатусУшедший на пенсию
Стартовые площадки
Всего запусков12
Успех(и)7
Неудача(и)1
Частичный отказ(и)4
Первый полет3 мая 1949 г.
Последний полет4 февраля 1955 г.
Первый этап
Питаться отРеактивные двигатели XLR10-RM-2
Максимальная тяга92,5 кН (20 800 фунт -сила ) (уровень моря)
110,5 кН (24 800 фунт- сила ) (вакуум)
Удельный импульс179,6 с (1,761 км/с)
Время горения103 секунды
ПропеллентЭтиловый спирт и жидкий кислород

Viking — серия из двенадцати зондирующих ракет, разработанных и построенных компанией Glenn L. Martin Company под руководством Военно-морской исследовательской лаборатории США (NRL). Разработанная для замены немецкой V-2 в качестве исследовательского аппарата, Viking была самой передовой большой жидкотопливной ракетой, разработанной в Соединенных Штатах в конце 1940-х годов, обеспечивающей большой инженерный опыт и возвращающей ценные научные данные с края космоса между 1949 и 1955 годами. Viking 4, запущенная в 1950 году, была первой зондирующей ракетой, запущенной с палубы корабля.

После двенадцати полетов «Викинг» был адаптирован в качестве первой ступени ракеты-носителя «Авангард» , которая в 1958 году вывела на орбиту второй американский спутник.

Происхождение

После Второй мировой войны армия США экспериментировала с захваченными немецкими ракетами V-2 в рамках программы Hermes . Количество V-2, доступных для всех исследований, было ограничено, а Hermes был армейским проектом. ВМС США нуждались в разработке передовых ракет как для целей оружия, так и для исследовательских целей. 21 августа 1946 года ВМС США заключили контракт с компанией Glenn L. Martin Company на серию из 10 больших жидкотопливных ракет. Целью было обеспечить независимый потенциал США в ракетной технике и предоставить транспортное средство, более подходящее для научных исследований. Первоначально названный «Neptune», он был переименован в «Viking» в 1947 году, чтобы избежать путаницы с Lockheed P-2 Neptune . [1] : 26  Viking был самой передовой большой жидкотопливной ракетой, разрабатывавшейся в США в то время. [2]

Дизайн

Схема, показывающая оба варианта ракеты «Викинг»: «Викинги» с 1 по 7 (слева) и с 8 по 12 (справа).

Viking был примерно в два раза меньше, с точки зрения массы и мощности, чем V-2 . Обе были активно управляемыми ракетами, заправлявшимися одним и тем же топливом ( этиловый спирт и жидкий кислород ), которое подавалось в один большой насосный двигатель двумя насосами с приводом от турбины . Двигатель Reaction Motors XLR10-RM-2 был крупнейшим жидкостным ракетным двигателем, разработанным в Соединенных Штатах на тот момент, производя 92,5 кН (20 800 фунт -сил ) (на уровне моря) и 110,5 кН (24 800 фунт -сил ) (в вакууме) тяги. Isp составлял 179,6 с (1,761 км/с) и 214,5 с (2,104 км/с) соответственно, со временем миссии 103 секунды. Как и в случае с V-2, перекись водорода была преобразована в пар для привода турбонасоса , который подавал топливо и окислитель в двигатель. XLR-10-RM-2 охлаждался регенеративно . [3] [4]

Viking стал пионером важных инноваций по сравнению с V-2. Одним из самых значительных для ракетной техники было использование карданной камеры тяги , которая могла поворачиваться из стороны в сторону по двум осям для управления тангажем и рысканием , обходясь без неэффективных и несколько хрупких графитовых лопаток в выхлопе двигателя, используемом в V-2. Вращение двигателя на карданах контролировалось гироскопической инерциальной системой отсчета; этот тип системы наведения был изобретен Робертом Х. Годдардом среди других, который имел частичный успех с ней до вмешательства Второй мировой войны. [1] : 66  Управление креном осуществлялось с помощью выхлопа турбонасоса для питания реактивных струй системы управления (RCS) на ребрах. Струи сжатого газа стабилизировали аппарат после отключения основного питания. Подобные устройства в настоящее время широко используются в больших управляемых ракетах и ​​космических аппаратах. Другим усовершенствованием было то, что изначально спиртовой бак, а позже и бак LOX, были построены как единое целое с внешней обшивкой, что экономило вес. Конструкция также была в основном выполнена из алюминия , в отличие от стали, используемой в V-2, что позволило снизить вес. [1] : 231 

Vikings 1–7 были немного длиннее (около 15 м (49 футов)) чем V-2, но с прямым цилиндрическим корпусом диаметром всего 81 сантиметр (32 дюйма), что делало ракету довольно тонкой. У них были довольно большие стабилизаторы, похожие на стабилизаторы V-2. Vikings 8–14 были построены с увеличенным планером улучшенной конструкции. Диаметр был увеличен до 114 сантиметров (45 дюймов), а длина уменьшена до 13 м (43 фута), что изменило «карандашную форму» ракеты. Стабилизаторы были сделаны намного меньше и треугольными. Дополнительный диаметр означал больше топлива и больше веса, но «соотношение масс», заправленной и пустой массы, было улучшено примерно до 5:1, что было рекордом для того времени. [1] : 173 

История полетов

Первая модель RTV-N-12 (Викинги 1-7)

Викинг 1

Запуск Викинга 1

3 мая 1949 года после двух статических запусков (11 марта и 25 апреля) первая ракета Viking стартовала с ракетного полигона Уайт-Сэндс в Нью-Мексико . Ее двигатель работал 55 секунд, на десять секунд меньше ожидаемого максимума в 65, но ракета летела по курсу и достигла высоты 51 миля (82 км), что было сочтено хорошим началом программы. [1] : 84–93 

Викинг 2

Viking 2, запущенный четыре месяца спустя, также пострадал от преждевременного отключения двигателя и пролетел только 33 мили (53 км). Оба пострадали от утечек в турбинах, сильный жар пара нарушил герметичность корпуса турбины. Решением было заварить корпус, так как не было причин снова получать доступ к колесу турбины после полета. [1] : 98–102 

Викинг 3

Исправление сработало, и Viking 3, запущенный 9 февраля 1950 года и оснащенный встроенным (а не дискретным) кислородным баком, достиг высоты 50 миль (80 км) и мог бы подняться выше. Однако после 34 секунд точно управляемого полета ракета отклонилась на запад и грозила покинуть зону запуска. Система безопасности на полигоне сработала на зарядах в ракете, чтобы отделить нос от двигателя, и оба упали на землю, где их подняли для анализа. [1] : 108–114 

Викинг 4

Запуск Викинга 4

После успешных испытаний двигателя и систем наведения (хотя и не в тех же миссиях) Viking был признан готовым к самому амбициозному испытанию: запуску с борта корабля с палубы USS Norton Sound . [1] : 108–114  Viking 4 был идентичен Viking 3, первому из серии, не включавшему изменения в конструкцию для устранения проблемы предыдущего Viking.} [5] : 255  10 мая 1950 года с площадки в Тихом океане между островом Джарвис и Киритимати четвертый Viking стал первой зондирующей ракетой, когда-либо запущенной с морского судна. Полет был идеальным, достигнув 106,4 миль (171,2 км), что более чем вдвое больше, чем у Viking 1 и 3. [1] : 108–114 

Викинг 5

Viking 5, запущенный 21 ноября 1950 года, нес на борту обширный набор фотоумножительных трубок , ионизационных камер и счетчиков Гейгера для обнаружения излучения самых разных энергий и типов. Ракета также несла две кинокамеры для съемки Земли с большой высоты вплоть до ее пиковой высоты в 108 миль (174 км), а также датчики Пирани для измерения плотности воздуха в верхних слоях атмосферы. [1] : 148, 236 

Викинг 6

Космическая ракета «Викинг-6» перед запуском 11 декабря 1950 г.

Viking 6, запущенный 11 декабря, нес гораздо более легкую полезную нагрузку, но его эксперименты включали батарею специально изготовленных манометров. Однако ракета не справилась с поставленной задачей, достигнув лишь максимальной высоты в 40 миль (64 км). [1] : 151–153, 236 

Викинг 7

Первое поколение «Викингов» достигло пика своих возможностей с полетом «Викинга-7», единственным запуском «Викинга» в 1951 году. Запущенная 7 августа с космодрома Уайт-Сэндс, ракета установила новый мировой рекорд высоты полета в 136 миль (219 км). [1] : 167–171, 236 

Вторая модель RTV-N-12a (Викинги 8-12)

Викинг 8

В конце весны 1952 года команда Военно-морской исследовательской лаборатории под руководством Милтона Розена подготовилась к запуску первого Viking второго поколения (RTV-N-12a), [6] Viking 8, с ракетного полигона Уайт-Сэндс в Нью-Мексико . Новая конструкция Viking была почти в два раза шире своей предшественницы, обеспечивая самое высокое отношение топлива к весу среди всех когда-либо разработанных ракет. Хвостовые стабилизаторы больше не поддерживали вес ракеты, как это было раньше. Теперь ракета Viking опиралась на основание своего фюзеляжа. Это позволило сделать хвостовые стабилизаторы намного легче, что позволило ракете нести более тяжелый бак, не становясь при этом больше, чем первая конструкция Viking.

6 июня 1952 года Viking 8 оторвался от своих швартовных креплений во время статического огневого испытания. После того, как ему позволили пролететь 55 секунд в надежде, что он пролетит над ближайшей зоной и, таким образом, не будет представлять опасности для наземного персонала, Нат Вагнер, руководитель «группы отсечки», отдал команду ракете прекратить тягу. 65 секунд спустя ракета рухнула в 4 милях (6 км) или 5 милях (8 км) по дальности на юго-восток. [1] : 172–181 

Викинг 9

«Викинг-9» взлетает 15 декабря 1952 г.
«Викинг-9» взлетает 15 декабря 1952 г.

С учетом уроков, извлеченных из неудачи Viking 8, за успешным статическим запуском Viking 9 9 декабря последовал успешный запуск Viking 9 15 декабря с White Sands. Ракета достигла высоты 135 миль (217 км), примерно такой же, как у первого поколения Viking 7, запущенного в 1950 году. В дополнение к камерам, которые фотографировали Землю во время полета, Viking 9 нес полный набор детекторов космических лучей , ультрафиолета и рентгеновского излучения , включая шестнадцать пластин эмульсионного геля для отслеживания пути отдельных частиц высокой энергии. Экспериментальный пакет был восстановлен неповрежденным после того, как он обеспечил измерения высоко в верхней атмосфере Земли. [1] : 185–203 

Викинг 10

Запуск ракеты «Викинг-10» 7 мая 1954 года. Обратите внимание, что оригинальная ракета взорвалась при первой попытке запуска 30 июня 1953 года и была перестроена для этого запуска.

25 мая 1953 года Viking 10, изначально запланированный как последний из Viking, прибыл на ракетный полигон Уайт-Сэндс. Успешный статический запуск 18 июня расчистил путь для даты запуска 30 июня, которая была установлена ​​за несколько месяцев до этого, еще до того, как ракета покинула завод компании Glenn L. Martin Company , где она была построена. В момент старта хвост Viking 10 взорвался, что привело к возгоранию ракеты. В основание ракеты немедленно залили воду, чтобы попытаться потушить пожар, но пламя продолжало гореть в Восточном квадранте пусковой платформы. Через полчаса после запуска двое из команды запуска под руководством менеджера Милтона Розена были отправлены на тушение пожара, чтобы спасти то, что осталось от ракеты.

Их усилия увенчались успехом, но затем им угрожала медленная утечка в топливном баке. Вакуум, созданный вытекающим топливом, вызывал вмятины в баке, что могло привести к взрыву, который мог привести к разрушению ракеты. Лейтенант Джозеф Питтс, член команды запуска, выстрелил из винтовки в бак, выровняв давление и спасая ракету. Через три часа после попытки запуска из Viking 10 был слит последний спиртовой пропеллент. Команда запуска смогла спасти комплект инструментов с камерами, включая рентгеновские детекторы, эмульсии космических лучей и радиочастотный масс-спектрометр, стоимостью в десятки тысяч долларов, хотя были опасения, что ракета не подлежит ремонту.

Тщательное расследование взрыва началось в июле, но причину не удалось определить окончательно. В отчете, представленном в сентябре, Милтон Розен отметил, что не было подобного инцидента в более чем 100 предыдущих испытаниях двигателя Viking. Было решено перестроить Viking 10, и была реализована программа более тщательного мониторинга потенциальных точек отказа для следующего запуска, запланированного на 1954 год. [1] : 204–221  После неудачного запуска последовало десять месяцев спасательных работ, испытаний и устранения неполадок.

30 июня 1953 года восстановленная ракета была снова готова к запуску. Успешный статический запуск состоялся в конце апреля 1954 года, а запуск был запланирован на 4 мая. Проблемы с управлением, выявленные во время статического запуска, а также порывистый ветер с песком привели к задержке на три дня. В 10:00 по местному времени Viking 10 стартовал со своей стартовой площадки на ракетном полигоне Уайт-Сэндс, достигнув высоты 136 миль (219 км) — это было связано с самой высокой высотой, когда-либо достигнутой Viking первого поколения (Viking 7 7 августа 1951 года). С ракеты были получены данные для всех этапов полета, и ее научный пакет, включая эксперимент с эмульсией, вернул первое измерение состава положительных ионов на больших высотах. [1] : 221–236 

Викинг 11

Viking 11, который был готов к установке 5 мая, также успешно прошел статические испытания и был готов к запуску 24 мая 1954 года. И снова обратный отсчет пошел без остановки, и Viking 11, самая тяжелая ракета в серии, была запущена в 10:00 утра. Через сорок секунд полета из ракеты вырвалось несколько клубов дыма, но эти случайные возбуждения струйных двигателей ракеты не причинили вреда. Viking 11 в конечном итоге достиг высоты 158 миль (254 км), что является рекордом для серии, сделав самые высокие фотографии Земли на сегодняшний день. Viking 11 провел успешный эксперимент с эмульсиями, измеряя космические лучи на больших высотах. [1] : 221–236 

Викинг 12

Инфракрасный снимок Земли, сделанный аппаратом «Викинг-12» 4 февраля 1955 г.
Инфракрасный снимок Земли, сделанный аппаратом «Викинг-12» 4 февраля 1955 г.

Последним полетом «Викинга» стал полет «Викинга-12», запущенного 4 февраля 1955 года. Достигнув высоты 143,5 миль (230,9 км), камера ракеты К-25 сделала инфракрасный снимок юго-запада Соединенных Штатов, от побережья Тихого океана до Финикса, сразу после достижения апогея . [ 7]

Реконструкция Викинга-12 в Смитсоновском институте
Реконструкция Викинга 12 в Смитсоновском институте

Части Viking 12 были восстановлены и, вместе с частями, построенными по оригинальным чертежам, были использованы для создания полноразмерной реконструкции ракеты в разрезе. Этот аппарат был подарен Martin Marietta Corp в 1976 году Национальному музею авиации и космонавтики , где он и экспонируется. [8]

Викинг в Авангарде

Серия «Викинг» вернула кладезь научной информации, измеряя температуру, давление, плотность, состав и ветры в верхних слоях атмосферы , а также электронную плотность в ионосфере и регистрируя ультрафиолетовые спектры Солнца , [1] : 234  Успех программы, стоимостью менее 6 миллионов долларов, предполагал, что с более мощным двигателем и добавлением верхних ступеней ракета «Викинг» может стать средством , способным запустить спутник Земли. [9] : 283 

В октябре 1952 года Генеральная Ассамблея Международного совета научных союзов (МСНС) приняла предложение о проведении одновременных наблюдений геофизических явлений по всей поверхности Земли. Международный геофизический год (МГГ), назначенный на 1957–58 годы, должен был объединить усилия множества стран в таких отдаленных регионах, как Арктика и Антарктида . [10] : 69  В январе 1955 года Радио Москвы объявило, что Советский Союз, как ожидается, запустит спутник в ближайшем будущем. Это объявление стимулировало американские космические усилия; в том же месяце комитет МГГ Национальной академии наук создал Техническую группу по ракетостроению для оценки планов по выводу на орбиту американского спутника. [9] : 25–26 

26 мая 1955 года Совет национальной безопасности США также одобрил спутниковую программу. 8 июня министр обороны США Чарльз Уилсон поручил помощнику секретаря Дональду А. Куорлзу координировать реализацию спутниковой программы, при этом Министерство обороны США предоставило ракету и пусковые установки, а гражданский Национальный комитет МГГ произвел спутник и его экспериментальный комплект, а Национальный научный фонд выступил посредником между двумя агентствами. Был создан комитет под председательством Гомера Дж. Стюарта из Лаборатории реактивного движения для управления проектом, чтобы взвесить и выбрать между доступными вариантами вывода спутников на орбиту. Это были Project Orbiter, армейский план по использованию слегка модифицированной ракеты Redstone (ракета класса «земля-земля» с дальностью полета 200 миль (320 км), разработанная в предыдущем году) [11] в сочетании с верхними ступенями для вывода спутника на орбиту, которую можно было бы отслеживать оптически., [9] : 18, 43  и план NRL по разработке орбитального потенциала для Viking ( проект Vanguard ). [9] : 41 

28 июля, будучи уверенным, что спутник может быть запущен во время МГГ, пресс-секретарь президента Дуайта Д. Эйзенхауэра Джеймс Хагерти объявил, что спутник будет официально включен в число вкладов Соединенных Штатов в МГГ. Советы ответили четыре дня спустя своим собственным объявлением о запланированном запуске спутника МГГ. [9] : 25–37 

К 9 сентября, несмотря на возражения Стюарта, Комитет Стюарта выбрал Vanguard вместо Orbiter, сославшись на впечатляющую запланированную ВМС коммуникационную технологию и сеть Minitrack , а также на гражданский характер и больший потенциал роста ракеты Viking/Vanguard. Контракт, разрешающий строительство еще двух ракет Viking для продолжения исследований верхних слоев атмосферы, был расширен, включив в него разработку ракет Vanguard. [9] : 51–58  Таким образом, Viking был включен в качестве первой ступени трехступенчатого проекта NRL Vanguard , который запустил второй спутник США в 1958 году. Viking 13 и 14, в значительной степени похожие на Viking 8–12, использовались в качестве суборбитальных испытательных аппаратов ( Vanguard TV-0 и Vanguard TV-1 ) до того, как первый аппарат Vanguard, Vanguard TV-2 , стал доступен для испытаний осенью 1957 года. [12]

Таблица полетов

полеты викингов
Викинг #Дата запускаВысотаЗамечания
13 мая 1949 г.80 км (50 миль)Длительный и трудный период наземных огневых испытаний. Высота ограничена преждевременным отключением двигателя, вызванным утечкой пара из корпуса турбины. [1] : 236 
26 сентября 1949 г.51 км (32 мили)Раннее отключение двигателя по той же причине, что и у Viking 1. Решено сваркой, а не болтовым соединением половин корпуса турбины последующих двигателей. [1] : 236 
39 февраля 1950 г.80 км (50 миль)Страдал от нестабильности в переработанной системе наведения; пришлось отключить по команде с земли, когда возникла угроза выхода за пределы дальности пуска. [1] : 236 
411 мая 1950 г.169 км (105 миль)Запущен с палубы USS Norton Sound около экватора , почти максимально возможный для полезной нагрузки, в почти идеальном полете. Система наведения была возвращена к той, что была у Viking 1 и 2. [1] : 236 
521 ноября 1950 г.174 км (108 миль)Тяга двигателя была примерно на 5% ниже, что немного уменьшило максимальную высоту. [1] : 236 
611 декабря 1950 г.64 км (40 миль)Катастрофически отказали стабилизирующие рули в конце полета с работающим двигателем, что привело к потере контроля за ориентацией, что создало очень большое сопротивление и уменьшило максимальную высоту. [1] : 236 
77 августа 1951 г.219 км (136 миль)Побить старый рекорд V-2 для одноступенчатой ​​ракеты. Самый высокий и последний полет оригинальной конструкции планера. [1] : 236 
86 июня 1952 г.4 мили (6 км)Первая ракета с усовершенствованной конструкцией планера; потеряна, когда она оторвалась во время статических испытаний, пролетев всего 4 мили (6 км) до команды на отсечку по земле. [1] : 236 
915 декабря 1952 г.217 км (135 миль)Первый успешный полет усовершенствованной конструкции планера. [1] : 236 
107 мая 1954 г.219 км (136 миль)Двигатель взорвался при первой попытке запуска, 30 июня 1953 года. Ракета была перестроена и успешно полетела. [1] : 236 
1124 мая 1954 г.254 км (158 миль)Установить рекорд высоты для западной одноступенчатой ​​ракеты на тот момент. [1] : 236 
124 февраля 1955 г.232 км (144 мили)Испытание возвращаемого аппарата, фотосъемка и атмосферные исследования. [1] : 236 
134 декабря 1956 г.211 км (131 миля)Vanguard TV-0 - Испытание телеметрии и пускового комплекса. [9] : 282 
141 мая 1957 г.202 км (126 миль)Vanguard TV-1 — нес прототип третьей ступени Vanguard. [9] : 282 

Викинги 1–12, за исключением Викинга 4, запускались с ракетного полигона Уайт-Сэндс , штат Нью-Мексико . [13] Викинги 13 и 14 запускались с мыса Канаверал . [9] : 172–174 

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcdefghijklmnopqrstu vwxyz aa ab ac ad Милтон В. Розен (1955). История ракеты «Викинг» . Нью-Йорк: Harper & Brothers. OCLC  317524549.
  2. ^ «История ракетостроения и космических путешествий», переработанное издание, Вернер фон Браун и Фредерик И. Ордвей III, Thomas Y. Crowell Co., Нью-Йорк, 1969, стр. 151
  3. ^ "US space-rocket liquid propellan engines". b14643.de . Архивировано из оригинала 1 ноября 2015 года . Получено 24 июня 2015 года .
  4. ^ Винтер, Фрэнк Х. (1990). "Глава 3 - Ракеты вступают в космическую эру". Ракеты в космос. Издательство Гарвардского университета. стр. 66. ISBN 9780674776609. Получено 24 июня 2015 г.
  5. Вилли Лей (июнь 1951 г.). Ракеты, ракеты и космические путешествия . Доминион Канады: Viking Press. OCLC  716327624.
  6. ^ "Martin RTV-N-12 Viking". www.designation-systems.net . Получено 21 ноября 2023 г. .
  7. ^ "Viking Camera and the Far West" . Aviation Week and Space Technology . Нью-Йорк: McGraw Hill Publishing Company. 29 августа 1955 г. Получено 5 апреля 2021 г.
  8. ^ "Viking Sounding Rocket". Национальный музей авиации и космонавтики . Получено 5 декабря 2020 г.
  9. ^ abcdefghi Констанс Грин и Милтон Ломаск (1970). Авангард — история. Вашингтон, округ Колумбия: NASA. ISBN 978-1-97353-209-5. SP-4202. Архивировано из оригинала 3 марта 2016 г. Получено 6 апреля 2021 г.
  10. ^ Джордж Людвиг (2011). Открытие космических исследований . Вашингтон, округ Колумбия: geopress. OCLC  845256256.
  11. ^ «История установки 1953 - 1955». Командование по управлению жизненным циклом авиации и ракет армии США. 2017. Получено 1 февраля 2021 г.
  12. ^ Ордвей, Фредерик И.; Уэйкфорд , Рональд К. Международный справочник по ракетам и космическим аппаратам, Нью-Йорк, McGraw-Hill, 1960, стр. 208
  13. ^ Марк Уэйд. "Viking Sounding Rocket". Encyclopedia Astronautica . Архивировано из оригинала 28 декабря 2016 года . Получено 7 января 2021 года .
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Viking_(ракета)&oldid=1256251422"