Применение жидкого топлива (горючего и окислителя) позволяет дать весьма рациональную конструкцию жидко­стного реактивного двигателя с тонкими стенками, охлаж­даемыми горючим (или окислителем), легкого и надеж­ного в работе. Для ракет больших размеров такое решение было единственно приемлемым.

Ракета 1903 года. Первый тип ракеты дальнего дей­ствия был описан Циолковским в его работе «Исследова­ние мировых пространств реактивными приборами», опу­бликованной в 1903 году. Ракета представляет собой продолговатую металлическую камеру, очень похожую по форме на дирижабль или большое веретено. «Представим себе, — пишет Циолковский, — такой снаряд: продолговатая металлическая камера (формы наименьшего, сопро­тивления), снабженная светом, кислородом, поглотите­лями углекислоты, миазмов и других животных выделе­ний, предназначенная не только для хранения разных фи­зических приборов, но и для человека, управляющего ка­мерой . Камера имеет большой запас веществ, которые при своем смешении тотчас же образуют взрывчатую массу. Вещества эти, правильно и . равномерно взрыва­ясь в определенном для того месте, текут в виде горячих газов по расширяющимся к концу трубам вроде рупора или духового музыкального инструмента . В одном узком конце трубы совершается смешение взрывчатых веществ: тут получаются сгущенные и пламенные газы. В другом расширенном ее конце они, сильно разредившись и охла­дившись от этого, вырываются наружу через раструбы с громадной относительной скоростью»10.

На рис. 6 показаны объемы, занимаемые жидким водородом (горючее) и жидким кислородом (окислитель). Место их смешения (камера сгорания) обозначено на рис. 6 буквой А. Стенки сопла окружены кожухом с охлаждающей, быстро циркулирующей в нем жидкостью (одним из компонентов топлива).

Для управления полетом ракеты в верхних разреженных слоях атмосферы Циолковский рекомендовал два спо­соба: графитовые рули, помещаемые в струе газов вблизи среза сопла реактивного двигателя, или поворачивание конца раструба (поворачивание сопла двигателя). Оба приема позволяют отклонять направление струи горячих газов от оси ракеты и создавать силу, перпендикулярную направлению полета (управляющую силу). Следует отме­тить, что указанные предложения Циолковского нашли широкое применение и развитие в современной ракетной технике. Все известные лам из иностранной печати жидкостные реактивные двигатели сконструированы с принудительным охлаждением стенок камеры и сопла одним из компонентов топлива. Такое охлаждение позво­ляет делать стенки достаточно тонкими и выдерживаю­щими высокие температуры (до 3500—4000°) в течение нескольких минут. Без охлаждения такие камеры прого­рают за 2—3 секунды.

Газовые рули, предложенные Циолковским, приме­няются для управления полетом ракет различных классов за рубежом. Если реактивная сила, развиваемая двигате­лем, превосходит силу тяжести ракеты в 1,5—3 раза, то в первые секунды полета, когда скорость ракеты невелика, воздушные рули будут неэффективны даже в плотных слоях атмосферы и правильный полет ракеты обеспечи­вают при помощи газовых рулей. Обычно в струю реактивного. двигателя помещают четыре графитовых руля, располагаемых в двух взаимно-перпендикулярных плоско­стях. Отклонение одной пары позволяет изменять направ­ление полета в вертикальной плоскости, а отклонение вто­рой пары изменяет направление полета в горизонтальной плоскости. Следовательно, действие газовых рулей анало­гично действию рулей высоты и направления у самолета или планера, меняющих угол тангажа и курса при полете. Чтобы ракета не вращалась вокруг собственной оси, одна пара газовых рулей может отклоняться в разные стороны; в этом случае их действие аналогично действию элеронов у самолета.

Газовые рули, помещаемые в струе горячих газов, уменьшают реактивную силу, поэтому при сравнительно большом времени работы реактивного двигателя (более 2—3 минут) иногда оказывается более выгодным или по­ворачивать соответствующим автоматом весь двигатель, или ставить на ракету дополнительные (меньшего раз­мера) поворачивающиеся двигатели, которые и служат для управления полетом ракеты. На рис. 7 показаны три случая полета шара с поворачивающимся реактивным дви­гателем. Рис. 7, а соответствует прямолинейному горизонтальному полету шара; струя выбрасываемых частиц параллельна горизонту, и реактивная сила Ф направлена также горизонтально. Рис. 7, б соответствует отклоне­нию струи (оси двигателя) вверх; реактивная сила Ф отклонится вниз, и траектория центра тяжести шара начнет также отклоняться вниз. Рис. 7, в соответствует от­клонению струи (оси двигателя) вниз; реактивная сила будет отклонена вверх, и траектория центра тяжести шара будет также отклоняться вверх.

Ракета 1914 года11. Внешние очертания ракеты 1914 года близки к очертаниям ракеты 1903 года, но уст­ройство взрывной трубы (т. е. сопла) реактивного дви­гателя усложнено. В качестве горючего Циолковский ре­комендует использовать углеводороды (например, керосин, бензин). Вот как описывается устройство этой ракеты (рис. 8)12: «Левая задняя кормовая часть ракеты состоит из двух камер, разделенных не обозначенной на чертеже перегородкой. Первая камера содержит жидкий, свободно

испаряющийся кислород. Он имеет очень низкую темпера­туру и окружает часть взрывной трубы и другие детали, подверженные высокой температуре. Другое отделение содержит углеводороды в жидком виде. Две черные точки внизу (почти посредине) означают поперечное сечение труб, доставляющих взрывной трубе взрывчатые мате­риалы. От устья взрывной трубы (см. кругом двух точек) отходят две ветки с быстро мчащимися газами, которые увлекают и вталкивают жидкие элементы взрывания в устье, подобно инжектору Жиффара или пароструйному насосу». « .Взрывная труба делает несколько оборотов вдоль ракеты параллельно ее продольной оси и затем не­сколько оборотов перпендикулярно к этой оси. Цель — уменьшить вертлявость ракеты или облегчить ее управляе­мость»13.

В этой схеме ракеты внешняя оболочка корпуса может охлаждаться жидким кислородом. Циолковский хорошо понимал трудность возвращения ракеты из космического пространства на землю, имея в виду, что при больших скоростях полета в плотных слоях атмосферы ракета мо­жет сгореть или разрушиться подобно метеориту.

В носовой части ракеты Циолковский располагает: запас газов, необходимых для дыхания и поддержания нормальной жизнедеятельности пассажиров; приспособле­ния для сохранения живых существ от больших перегру­зок, возникающих при ускоренном (или замедленном) движении ракеты; приспособления для управления поле­том; запасы пищи и воды; вещества, поглощающие углекислый газ, миазмы и вообще все вредные продукты ды­хания.