В ней ученый показал, что полеты в космос могут быть осуществлены только посредством ракет с двигателями на жидком топливе. Там же он приводил формулу, которая ныне носит его имя и которая увязывала скорость движения ракеты с ее массой и со скоростью истечения продуктов сгорания. Допустим, необходимо запустить спутник на околоземную орбиту. Значит, скорость ракеты после исчерпания топлива должна равняться первой космической скорости (7,91 км/с). Скорость истечения для каждого вещества индивидуальна. Располагая этими двумя величинами, можно перебирать соотношения масс топлива и ракеты – и добиться оптимального значения. Пользуясь формулой, Циолковский сразу определил идеальное топливо для ракеты: если использовать в качестве горючего жидкий водород, а в качестве окислителя жидкий кислород, то грузоподъемность существенно возрастает.
Статья калужского ученого в то время осталась незамеченной, потому более поздние теоретики космонавтики (француз Робер Эсно-Пельтри, американец Роберт Годдард и немец Герман Оберт) сделали собственные расчеты, независимо придя к таким же выводам.
Первую ракету на жидком топливе сконструировал и запустил Роберт Годдард. Произошло это 16 марта 1926 года в Оберне (штат Массачусетс). Миниатюрная ракета «Nell», использующая в качестве горючего бензин, а в качестве окислителя – жидкий кислород, поднялась на высоту 12,5 метров. Результат скромный, но к тому времени имя Годдарда уже было широко известно – пресса писали о нем как о человеке, который чуть ли не завтра собирается отправиться на Луну.
Сенсационные публикации о планах американского инженера вызвали рост интереса к ракетно-космической тематике в Германской республике и Советской России. В конце 1923 года немецкий ученый Герман Оберт опубликовал свою фундаментальную работу «Ракета в межпланетное пространство». В ней помимо расчетов были приведены эскизы ракет двух типов: суборбитальной (для изучения высших слоев атмосферы) и космической (для полета на орбиту и к Луне). Поражала техническая проработанность проекта – ничего подобного в Европе до сих пор не было. В Германии и дружественной Австрии за пять лет после издания «Ракеты в межпланетное пространство» вышло более восьмидесяти книг по ракетно-космической технике. Возник своего рода ракетный бум.
11 июня 1927 года, на пике бума, в немецком городке Бреслау (ныне – польский город Вроцлав) собрались несколько человек, увлекавшихся идеей космических полетов, и учредили Общество межпланетных сообщений. Почти сразу Общество занялось проектированием небольших ракет.
В мае 1929 года популярный режиссер Фриц Ланг, наслышанный об Оберте, пригласил его стать научным консультантом фантастического фильма «Женщина на Луне». Когда Оберт приехал в Берлин, возникла еще одна идея – в качестве рекламного трюка запустить перед премьерой настоящую ракету. Ланг ее одобрил, и из бюджета фильма было выделено 10 тысяч марок. Назначили и дату старта – 19 октября 1929 года.
О ракете Оберта начала усиленно писать пресса. Хуже обстояло дело с самой ракетой. Принцип действия жидкостного ракетного двигателя кажется простым. Из одной емкости в камеру сгорания поступает горючее (жидкий водород, бензин, керосин, спирт), из другой – окислитель (жидкий кислород), обеспечивающий горение. Смесь в камере поджигается, продукты сгорания вылетают через сопло. Однако реализовать этот принцип – сложнейшая задача. Камера сгорания работает в условиях высоких температур, давлений и скоростей. Подобная среда не встречается ни в природе, ни в промышленных установках, поэтому к моменту появления идеи жидкостных ракет наука не изучала эти сложные процессы. Оберт, опираясь на опыт американца Годдарда, выбрал в качестве горючего бензин. После множества экспериментов он создал уникальную коническую камеру сгорания Kegeldüse, однако построить полноценную ракету к премьере «Женщины на Луне» так и не успел.
В конце концов Общество межпланетных сообщений выкупило у киностудии незаконченную ракету, двигатель Kegeldüse и пусковую установку. В начале 1930 года состоялась конференция, на которой обсуждались дальнейшие планы. Группа энтузиастов под предводительством Рудольфа Небеля, бывшего военного летчика и помощника Оберта, взялась построить простейшую ракету на жидком топливе, названную «Mirak» (от «Minimumrakete»). Пользуясь поддержкой промышленности, они арендовали участок, расположенный на территории Райникендорфа (почтовое отделение Тегель), рабочего пригорода Берлина. Там они развернули мастерские, испытательный стенд и небольшой полигон. До конца 1933 года на полигоне было осуществлено 87 стартов ракет «Mirak» и 270 запусков двигателей на стенде. Главной проблемой немецких ракетчиков, прозванных берлинской прессой «глупцами из Тегеля», стало отсутствие системы управления ракеты в полете. Для нее требовались гироскопы, но они в то время стоили настолько дорого, что на покупку не хватало всех собранных пожертвований. Из-за отсутствия системы управления ракеты уходили в сторону от заданной траектории, начинали кувыркаться, падали в пике, что, конечно, не могло удовлетворить потенциальных заказчиков.
Последним значительным проектом Общества межпланетных сообщений была так называемая «Pilot-Rakete», которую осенью 1932 года группа Небеля взялась строить на деньги города Магдебурга. Ракета должна была иметь огромные для того времени размеры (высота – около 7,62 м) и мощный двигатель. В одном отсеке планировалось разместить кабину с пассажиром и топливные баки, в другом – двигатели и парашют. Ракета могла достигнуть высоты 1000 м. Пассажиром ракеты вызвался стать техник Курт Хайниш, который немедленно записался на курсы парашютистов-любителей. При первом прыжке он, правда, вывихнул ногу, но коллеги сочли это добрым предзнаменованием.
Попытки запуска непилотируемого прототипа ракеты проходили в июне 1933 года. Поблизости от Магдебурга была сооружена большая пусковая направляющая высотой 12 м, привлекавшая внимание зевак. Предприятие завершилось бесславно: из-за застревания ролика прототип взлетел с направляющей под малым углом, упал на землю и частично разрушился.
Смена политического режима в Германии привела к закрытию полигона в Райникендорфе и установлению армейского контроля над всеми ракетными проектами. Рудольф Небель был арестован за «измену родине», и от концентрационного лагеря его спасло только вмешательство старого знакомца, занимавшего немалый пост в гестапо.
В Советской России ракетное дело поначалу развивалось весьма успешно. После публикаций работ Германа Оберта калужский основоположник Константин Циолковский сумел отстоять свой приоритет в теоретической космонавтике, и у него нашлись последователи. Наибольшую активность на этом поприще проявил выпускник Рижского политехнического института Фридрих Артурович Цандер. Он верил, что Марс обитаем и, добравшись до красной планеты, земляне встретят там высокоразвитую цивилизацию.
Внимание Цандера привлекали вопросы конструирования межпланетных аппаратов, выбора движущей силы, создания замкнутой системы жизнеобеспечения. С 1917 года он приступил к систематическим исследованиям проблем теоретической космонавтики. Результаты своих изысканий в виде проекта корабля-аэроплана для полета на Марс он представил 29 декабря 1921 года на первой Губернской конференции изобретателей, проходившей в Москве. Идеи, высказанные Цандером, оказались настолько завораживающими, что руководство Госавиазавода № 4, на котором он в то время трудился, выделило ему годичный оплачиваемый отпуск на развитие проекта.
Будучи по натуре практиком, Цандер сразу занялся поисками технических решений, которые могли бы ускорить постройку такого аэроплана, и приступил к разработке методик расчета жидкостных ракетных двигателей. При этом он столкнулся с той же проблемой, что и немец Герман Оберт: для создания жидкостного ракетного двигателя нужна теория двигателей, но теория не может возникнуть без двигателя. Цандер решил пойти эмпирическим путем, то есть методом проб и ошибок. Прототип он нашел на заводе имени Матвеева в Ленинграде – им стала обычная паяльная лампа. Переделав ее, инженер создал двигатель «ОР-1» («Первый опытный реактивный»), работающий на бензине и воздухе. В период с 1930 по 1932 год Цандер провел большое количество испытаний. Полученные результаты дали возможность перейти к созданию более совершенных двигателей, в которых окислителем служил жидкий кислород. Именно в этот период Цандер познакомился с амбициозным авиаконструктором Сергеем Павловичем Королевым.
