Вспомним, что ракетный двигатель — очень мощная тепловая машина. Это можно проиллюстрировать хотя бы известным примером из ракетно-космической техники: двигатель ракеты-носителя корабля «Восток» имел мощность в 20 миллионов лошадиных сил — целые три Братские гидроэлектростанции! Подобные мощности достигаются за счет того, что в камеру сгорания через специальные распылительные форсунки поступают каждую секунду сотни килограммов горючего и окислителя. Температура газов внутри камеры сгорания может достигать. 3000–3500 градусов, а максимальное давление до 50–60 атмосфер. Какие же из существующих материалов могут выдержать столь чудовищную температуру? Сталь?

Но и она плавится при температуре 1400 градусов. Значит, тупик? Неразрешимое противоречие? Однако конструкторы нашли весьма остроумное решение. Они предложили сделать стенки камеры сгорания двойными, подобно рубашке охлаждения автомобильного двигателя. Только вместо воды туда поступает один из компонентов топлива, в данном случае горючее. Оно отбирает у стенок камеры тепло и, уже подогретое, подходит к форсункам — благодаря этому еще и улучшаются условия горения топлива.

Как же происходит запуск и работа такого двигателя?

Подается команда на пусковой клапан, который открывает дорогу сжатому газу из баллона к редуктору, а из последнего — в баки горючего и окислителя. Давление в баках поднимается до рабочего и компоненты, прорвав разрывные мембраны, установленные в трубопроводах, устремляются к форсункам.

Через них компоненты впрыскиваются в камеру. Топливо воспламеняется либо от специального пиротехнического устройства, либо «самостоятельно», если компоненты самовоспламеняющиеся. В дальнейшем за счет высокой температуры газов горение поддерживается автоматически до полной выработки топлива или когда подача топлива прекратится, то есть двигатель будет выключен по команде системы управления. Для прекращения подачи служат отсечные клапаны, которые устанавливаются в магистралях подачи компонентов.

Между боевым зарядом и баком окислителя располагается отсек с приборами управления. Что заставило конструкторов разместить их именно там, в верхней части ракеты? Причина тому — ракетный двигатель. Он — источник сильной тряски, так называемой вибрации, высоких температур. Потому-то «нежная» аппаратура электронного «мозга» удалена от «грубого» ракетного двигателя.

Исполнительными органами системы управления являются рули воздушные и газоструйные. Воздушные рули, естественно, эффективно действуют лишь тогда, когда ракета летит в плотных слоях атмосферы с высокой скоростью. Газоструйные рули помещают в поток газов, истекающих из сопла двигателя. Они обеспечивают управление ракетой на любых скоростях полета, но только при работающем двигателе.

По назначению различают: рули высоты, управляющие движением ракеты в вертикальной плоскости, т. е. по углу тангажа; рули курса, управляющие движением по направлению в горизонтальной плоскости, т. е. по углу рыскания; те и другие рули могут работать как элероны, т. е. поворачивать ракету относительно ее продольной оси, т. е. по углу крена.

Теперь мы познакомимся с жидкостной ракетой с насосной системой подачи топлива. Здесь изображен один из ее возможных вариантов.

Насосные — их еще называют нагнетательными — системы подачи компонентов топлива используются, как правило, для ЖРД с большой тягой, то есть для двигателей ракет, имеющих сравнительно большие баки окислителя и горючего.

Существенная особенность такого двигателя — компоненты топлива подаются в камеру сгорания насосами, которые приводятся во вращение газовой турбиной. В данном случае источником энергии турбины является жидкостный генератор, работающий на основных компонентах топлива: часть горючего и окислителя подается в генератор и от сгорания в нем превращается в газ, который в качестве рабочего тела подается на лопатки турбины. В других вариантах источником энергии для привода турбин может служить сжатый газ, продукты сгорания пороховой шашки и т. д.

Наличие насосов позволяет разгрузить баки ракеты, выполнить их тонкими и, следовательно, довольно легкими. За счет этого можно увеличить запас топлива или полезного груза. ЖРД с насосной подачей топлива часто называют двигателями с разгруженными баками.

Но это не значит, что в баках ракеты не поддерживается определенное давление. Оно там необходимо. Правда, небольшое — порядка 2–3 атмосфер. Это так называемый наддув баков. Благодаря ему на входе в насосы создается небольшой напор компонентов топлива, что обеспечивает их нормальную работу. Кроме того, наддув необходим еще и по другой причине. При работе двигателя топливо «уходит» из баков — там может образоваться вакуум. Тогда при полете в плотных слоях атмосферы баки будут раздавлены наружным давлением воздуха. А наддув препятствует этому, повышает устойчивость стенок баков.

Для этого в верхней части ракеты, сразу за головной частью, расположен баллон со сжатым газом, выполненный в форме тора — «баранки». Газ высокого давления проходит через понижающий редуктор и только после этого поступает для наддува баков. Приборы системы управления в данном варианте располагаются в межбаковом пространстве. Бак окислителя размещен под баком горючего. Для охлаждения стенок камеры сгорания используется окислитель.

Интересна примененная здесь конструкция исполнительных органов системы управления ракеты. Это управляющие — их иногда называют верньерными — двигатели. Четыре весьма миниатюрных ракетных двигателя малой тяги расположены попарно крест-накрест вокруг маршевого двигателя. Отклоняясь по командам системы управления по углам тангажа, рыскания и крена, они корректируют полет ракеты.

Обратимся теперь к рисунку, на котором изображена твердотопливная ракета. Даже; беглого взгляда, достаточно, чтобы убедиться в том, что данная ракета имеет много конструктивных отличий от рассмотренных выше. Первая и очень существенная особенность — здесь использован РДТТ, ракетный двигатель твердого топлива.

Шашка топливного заряда цилиндрической формы с. внутренним полым каналом типа «звездочка» вставлена в корпус ракеты. Последний в данном случае выполняет одновременно роль «бака» и камеры сгорания. Между ее стенками и топливным зарядом — прокладка. Это теплоизоляционный слой, предохраняющий стенки камеры от перегрева. В данной ракете предусмотрено, что горение шашки происходит только по поверхности внутреннего канала. Поэтому топливный заряд наружной цилиндрической поверхностью скреплен с камерой сгорания, а торцы заряда покрыты специальным бронирующим составом, который препятствует горению по покрытой им поверхности.