Проблемой полета в космическое пространство Годдард начал интересоваться еще в юности — в 1899 году. Поводом для этого стало увлечение романами Герберта Уэллса и его американских подражателей. Через два года Роберт написал небольшую статью «Перемещение в космосе», где, в частности, анализировал возможность запуска снаряда в космос при помощи пушки. По Годдарду, для запуска 1 фунта (454 грамма) полезного груза на Луну необходимо зарядить такую пушку 500 фунтами (227 килограммов) пироксилинового пороха. Полезным грузом в данном случае являлся пакет с магниевьм порошком, вспышку которого па затененной части Луны можно было бы увидеть в мощный телескоп.
В 1906 году Годдард обратился к проблематике использования для движения в космосе реакции заряженных частиц. В октябре 1907 года он написал работу «О возможности перемещения в межпланетном пространстве», в которой размышлял о средствах поддержания жизни в космосе, метеорной опасности и борьбе с ней, реактивном способе движения на энергии пороха и анализировал возможность применения энергии распада атома,
В 1909 году Годдард впервые записал свои соображения и расчеты по теме космической ракеты и оптимальных топлив для нее.
Интересы Годдарда на ранней стадии его деятельности были весьма разнообразными. Так, в его записях, которые он, начиная с 1906 года, вел регулярно, содержатся такие идеи, как использование для полета магнитного поля Земли; создание реактивной тяги для движения аппарата в космосе за счет электростатического эффекта (с нейтрализацией потока ионов за космическим аппаратом); проведение фотосъемки Луны и Марса с облетных траекторий; производство на Луне кислорода и водорода для использования в качестве ракетного топлива и так далее в том же духе. Все эти богатые идеи Годдард преподносит чрезвычайно скупо, давая им лишь самую общую оценку.
Само по себе любопытно обоснование необходимости разработок по космической тематике, которое приводит Годдард в одной из своих статей. Опираясь на пророчество англичанина Джорджа Дарвина о том, что когда-нибудь Луна упадет на Землю, тем самым перечеркнув историю человеческой цивилизации, Годдард призывает готовить целый флот космических кораблей, который позволит в критический момент эвакуировать население в более пригодное для жизни место.
В 1912–1913 годах, уже будучи дипломированным инженером и доктором философии, Годдард разрабатывает свою собственную теорию движения ракет, а в 1915 году приступает к стендовыми экспериментам с твердотопливными ракетами, определяя их эффективность при различных конфигурациях, размерах и видах топлива. Тогда же он провел сложный опыт по доказательству существования и отсутствия уменьшения тяги ракетного двигателя в вакууме.
В июле 1914 года Годдард получил патенты США на конструкцию составной ракеты с коническими соплами и ракеты с непрерывным горением в двух вариантах — с последовательной подачей в камеру сгорания пороховых зарядов и с насосной подачей в камеру двухкомпонентного жидкого топлива. Исторический приоритет Годдарду в этой области не принадлежит: как мы помним, жидкостную ракету для космических полетов и вывод уравнения движения ракеты еще в 1903 году предложил Циолковский.
Ракеты Роберта Годдарда:
Слева — схемы из патента США № 1103503 «Ракетный аппарат» (от 14 июля 1914 г.): а — многозарядная твердотопливная ракета, б — жидкостная двухкомпонентная ракета; справа — схема из патента США № 1102653 «Ракетный аппарат» (от 7 июля 1914 г.), ступенчатая твердотопливная ракета
Начиная с 1917 года, Годдард занимался конструкторскими разработками в области твердотопливных ракет различного типа, и в том числе многозарядной ракеты импульсного горения, подобной той, которую предлагал Кибальчич. Испытания этой ракеты, проведенные в ноябре 1918 года, были не слишком удачными, но Годдард в течение еще трех лет пытался создать работоспособную конструкцию.
В 1921 году американский конструктор решил перейти к экспериментам с жидкостно-ракетными двигателями, используя в качестве окислителя жидкий кислород, а в качестве горючего — различные углеводороды. Первый запуск ЖРД на стенде состоялся в марте 1922 года.
Неудачи с созданием небольшой ракеты с насосной подачей топлива заставили Годдарда перейти к конструированию простейшей ракеты с вытеснительной системой подачи (топливо — жидкий кислород и бензин). Впервые успешный полет такой ракеты — первой в мире на жидком топливе — состоялся 16 марта 1926 года в местечке Обурне (штат Массачусетс). Ракета, получившая название «Nell», со стартовым весом 4,2 килограмма достигла высоты 12,5 метра и пролетела 56 метров. Весь полет продолжался 2,5 секунды.
17 июля 1929 года Годдард впервые осуществил запуск ракеты с приборами и фотокамерой на борту. Ракета со стартовым весом 25,7 килограмма достигла высоты 28 метров, и приборы (барометр и термометр) после приземления оказались неповрежденными. Полет привлек внимание местных жителей, решивших, что где-то поблизости разбился аэроплан, и Годдарду не удалось сохранить факт проведения испытания в тайне. Впоследствии он напишет об этом так:
«Мы уже почти упаковались, когда из-за холма со стороны жилого дома на ферме я увидел около дюжины автомобилей, поднимающих большое облако пыли; первые две машины были каретами скорой помощи. Я спросил двух офицеров, не смогут ли они не поднимать шума вокруг этого дела. В ответ один из них спросил: «Видите ли вы этих двух приближающихся людей?». Я ответил: «Да, А что?» — «Это репортеры, один из „Пост", а другой из „Газетт"», — был его ответ. Я пытался договориться с редакторами двух городских газет, чтобы не поднимать шумиху, но в это время уже выходили два экстренных выпуска.
Я намеревался вообще не делать какого бы то ни было заявления, но, когда узнал, что во всех сообщениях важнейшее место отводилось исключительно ракете для полета на Луну, которая якобы взорвалась в средних слоях атмосферы, я опубликовал короткое заявление следующего содержания: «Испытание сегодня после полудня было одним из длинной серии экспериментов с ракетами, использующими совершенно новое топливо. Не предпринималось никакой попытки достичь Луны или что-нибудь другое столь же эффектного характера. Ракета обычно шумит, и этого достаточно, чтобы привлечь значительное внимание. Испытание было совершенно удовлетворительным; в воздухе ничто не взрывалось, и не было причинено никакого ущерба, исключая инцидент, сопутствовавший приземлению». На следующий день я опубликовал то же самое заявление, заменив лишь слова «совершенно новое топливо» на «жидкое топливо»…
В прессе было много любопытных комментариев относительно характера полета. Все сошлись на том, что ракета летела с громким гулом, слышимым, как говорили, в радиусе 2 миль. Некоторые упоминали громкий монотонный шум, как у пропеллера аэроплана перед взлетом. Конечно, пока давление существенно не возрастет, сгорание происходит неравномерно. Во время предыдущих испытаний возле пусковой башни было обожжено много зелени, и это также вызвало комментарии. Возбудили интерес камни, находящиеся прямо под соплом. Они были навалены на трубчатую раму, к которой крепились две трубчатые направляющие диаметром 3/8 дюйма, чтобы удерживать эти направляющие в возможно более строго вертикальном положении за счет давления, создаваемого таким образом. Камни сильно почернели от дымного бензинового пламени и раздробились в значительной степени из-за длительного воздействия тепла во время испытаний, при которых ракета не покидала башню.
Репортеры измерили и сфотографировали башню и укрытие, а также тщательно исследовали место, где приземлилась ракета».
После этого события Годдард, получив крупную финансовую помощь Фонда Гуггенхеймов, оборудовал небольшой полигон с мастерской близ Розуэлла (штат Нью-Мексико). Интересно, что через 15 лет после этого в 160 километрах от испытательной площадки Годдарда был воздвигнут полигон Уайт-Сандс для изучения «космического наследия» Третьего рейха.
