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512火箭
512火箭
好容易當圖波列夫搞定了應用不少新技術的新圖4方案之后，發動機這一塊又出了幺蛾子，ash73tk活塞發動機因為需求太旺盛，一時間是供不應求，而此時總裝備部又看到了噴氣動力的潛力，忽然之間就冒出了一種新想法——搞一款噴氣式轟炸機似乎不錯。
于是乎剛剛有了眉目的新圖4項目又一次半路作死，軍委命令圖波列夫給新圖4換上噴氣動力，盡量讓最大飛行速度達到650公里左右。
好家伙，這幾乎要了圖波列夫的老命，也許在軍委看來新圖4無非是換個發動機的事兒，噴氣式發動機那么給力，速度要上去簡直太容易了。
但事實是，這種想法很扯淡，因為對速度的要求突破了天際（在當時看來就是如此），為了滿足對速度的需求，飛機的氣動不可避免就要推倒重來。這等于是讓圖波列夫搞一個新圖42.0項目。反正是要了這位功勛設計師的老命。
可能有同志要問了，以某仙人的水平不可能看不出來這是胡鬧，朝令夕改一味的貪大圖全，這在軍事工業中可不是什么好事。那么他為什么不阻止呢？
不是李曉峰不阻止，而是他阻止不了，因為在這個方面叫得最歡的是斯維爾德洛夫，在這位未來的領導核心看來，蘇聯已經到了趕英超美的時候，任何一款武器裝備都必然的要壓倒這些潛在的敵人。
而他的這種想法很是迎合了當時在軍委中存在的******風氣，因為在戰場上節節勝利，形勢是一片大好。這讓部分人有些暈了頭喪失了自知之明，以為蘇聯真心已經是可以吊打一切對手了。在這種自滿情緒下，一切忠言逆耳的話他們都聽不進去了，是極大的膨脹了。所以在這一段在各個方面都表現出了冒進的苗頭。
這種風氣的覆蓋面是相當大的，哪怕是李曉峰也根本壓不下去，無奈之下他也只能讓現實給這群頭腦發熱的家伙潑一盆冷水了。
比如這個新圖4項目，一開始就遇到了數不清的麻煩，首先是噴氣式發動機可靠性差、油耗太高，這導致原本作為戰略轟炸機項目存在的新圖4比圖3的航程都要短。當然，如果不把它當做戰略轟炸機，而是當成前線轟炸機，其性能倒是不錯，最大速度能達到700公里，比絕大部分德國戰斗機都飛得快。可問題是，你聽說過四引擎的前線轟炸機嗎？
反正其原型機的性能是很尷尬的，而且基本上看不出改進的可能性，如果要多裝油，自然的要擠壓載彈量，而這種飛機的一項重要使命就是拋投笨重的原子彈。當年動則四五噸的原子彈可不是前線轟炸機能負擔的。
到了1944年6月，新圖4項目被宣告失敗，李曉峰也借此狠狠地敲打了軍委當中那群頭腦發暈的頭頭一頓。然后圖波列夫就接到了新任務，第一是回歸新圖41.0版本的設計，第二是預研一款雙發的中型噴氣式轟炸機。
回歸1.0版本之后，困擾圖4項目的不利因素自然是煙消云散，僅僅用了三個月，圖波列夫就讓正版的圖4原型機飛上了藍天。不過圖4真正要進入生產怎么都得1945年了。
對于李曉峰來說這還是比較讓人失望的，好在在另一方面他卻有了不菲的收獲。那就是科羅廖夫主導的液體火箭項目。之前曾經說過李曉峰下令在v2的基礎上研發蘇聯的彈道導彈，這方面科羅廖夫動作還是很快的。在1944年初就完成了盜版工作，截止到1944年7月，盜版v2的r2導彈一共進行了五次實彈測試，取得了三次成功兩次失敗的好成績。
請注意，這真心不是在說反話，因為這確實是好成績。因為失敗的那兩次屬于前兩次，后三次都取得了成功。不過李曉峰并沒有急著下令投產蘇聯版的v2，因為這個導彈性能有限，最大射程才區區四百多公里，彈頭重量也不到一噸，最主要的是命中率太差強人意，只能攻擊面目標，比如說大型都市。
問題是，對蘇聯來說，要轟擊大型都市根本用不著上導彈，遠程航空兵就足以完成任務，所以蘇聯版v2顯得很雞肋。不過不管怎么說，這都是一個良好的開頭，有了這個基礎打底，科羅廖夫準備大顯生手了。
怎么大顯生手呢？他準備超越v2的條條框框發展一種全新的液體火箭，這種型火箭不光要射程更遠而且要能夠攜帶更大的彈頭，因為當時科羅廖夫被明確告知，新的彈道導彈必須將有效載荷提高到3噸的水平。很顯然這就是為蘇聯第一代原子彈做準備的。
而要做到這一切，科羅廖夫認為就必須超越v2，必須要有功率更大效率更高的發動機。不過要說清楚這一切首先得從v2的發動機說起，說起v2的發動機就不能不提馮.布勞恩，這個火箭天才在22歲的時候就帶領一個團隊開始了火箭研究項目，這個項目叫a1，使用的發動機是阿瑟.魯道夫設計的300千克力液體火箭發動機，這款發動機氧化劑采用液氧，燃料是濃度75的酒精。當然，當時馮.布勞恩也考慮過其他燃料，比如說煤油，不過最后考慮還是酒精獲得得更方便，所以最終還是采用酒精。
a1火箭取得了成功，不過因為其極不可靠，最后被放棄。馮.布勞恩則繼續發展a2火箭。這個a2火箭就很有開創意義了，哪怕是它外形跟a1沒有太大的區別，但內容卻完全不同！
這個a2火箭開創了一個新局面，首次在液體火箭上使用了擠壓循環。其次為了提高飛行穩定性，控制火箭姿態的陀螺儀從彈頭移到了彈體中部（a1隨著推進劑的消耗會越來越頭重腳輕）。
第二項改進就不詳細說了，重點說說第一項擠壓循環。很多同志可能都不知道什么叫擠壓循環，不知道這是干什么用的。眾所周知火箭分為固體和液體兩種，固體火箭相對簡單，可以看做一個大號的炮仗，而液體火箭就相當復雜了。
要想理解液體火箭的工作原理，首先就要從其循環方式入手。為什么是循環方式入手呢？因為單說發動機不足以系統的概括液體火箭的推進裝置。
液體火箭的推進系統實際上包括了兩個部分，一個是發動機，另一個是推進劑增壓輸送系統（也就是循環方式）。而循環方式可以說是液體火箭發動機產生推力的基本要素。而循環方式都有哪些呢？
那就很多了，比如上面說的擠壓循環，還有燃氣發生循環、分級燃燒循環、膨脹循環等等。里面最早也最簡單的循環方式就是擠壓循環了。而要理解這種循環也很簡單，初中物理中我們應該接觸過“水火箭”。制作水火箭很簡單，用可樂瓶加一個橡膠密封塞就夠了。在瓶內裝一部分水（不要太多也不要太少）發射前用打氣筒向其中打入空氣，擋瓶內的壓力達到一定程度之后解脫固定，然后瓶內的壓縮空氣就會將水擠出來形成反作用力推動水火箭飛行。
而這就是典型的擠壓循環。可以想象連常溫下的水都能蘊含這么大的能量，如果瓶子里裝的不是水而是水蒸氣呢？高溫高壓的水蒸氣經過噴管進行適當的膨脹可以產生更大的能量，蒸汽機的鍋爐爆炸的威力同志們心里應該是有數的。
不過火箭上并不適用這一套方法，因為加熱水需要能量，總不能給火箭也裝個鍋爐吧？并且加熱水需要一個長期的過程，且水本身的重量也太大了，即使能夠在火箭上將水燒成高壓蒸汽，恐怕這個火箭也飛不了多高。
說到這里，就必須涉及到火箭發動機經常采用的一個概念——比沖。簡單的說，比沖就是消耗一個單位推進劑產生的沖量。這個沖量是一個過程量，即力的作用對時間的積累效果，也就是力對時間的積分。對于火箭來說，我們不僅要足夠“給力”，而且給力的時間太短也不行，至于太消耗推進劑那就更不行了。
回到馮.布勞恩的a2火箭設計上來，想要提高氧氣、酒精火箭的比沖，那么唯一的辦法就是給推進劑加壓，提高其流速。也就是前面水火箭里打氣筒的作用。馮.布勞恩選擇將陀螺儀從火箭頭部移開之后，在這個位置他裝了一個加壓氮氣瓶（即蓄壓器），向推進劑貯存箱注入氮氣后形成氣枕，擠壓液氧和酒精形成增壓。這就是擠壓循環。
到了a3火箭的時候，馮.布勞恩又進了一步，在a2的基礎上進行了創新。他將加壓氮氣瓶埋入液氧儲存箱當中，液氧貯存箱和氮氣瓶呈同心布置。由于液氮的沸點低于液氧，因此被液氧包圍的氮氣瓶可以保持在很低的溫度下。采用這種設計可以用較小的氮氣瓶容納較多的氮氣，可以使發動機工作更長的時間，同時也較為節省彈體內部的空間。而這種布局也被后世的大型運載火箭和彈道導彈所繼承。
而這就是擠壓循環的基本原理，和其他的液體火箭循環方式不同之處在于，擠壓循環不需要渦輪泵。盡管這導致此種循環方式性能較低，但也不是完全沒有好處。比如提高了可靠性，將機械部件減少到了最低，并且推進劑在送入推力室之前不會相遇，也就避免了出現殘液結冰的可能。
不過擠壓循環的問題也是顯著的，隨著增壓氣體注入推進劑貯存箱，增壓效果會隨著時間推移變得越來越差。如果要延長火箭發動機的工作時間，就必須攜帶更多的推進劑，與此同時增壓氣體也要加量，結果必然導致將要攜帶一個巨大的增壓氣瓶，而作為一個壓力容器其質量可想而知的大。更糟糕的是，擠壓循環工作時會對推進劑貯藏箱施壓，對了保證推進劑貯藏箱的安全，必然也要加強其結構，而這也將導致重量飆升。
也就是說擠壓循環最后會陷入一個面多加水水多了再加面的惡性循環，其效能實在是有限。那么能不能跳出這個死胡同呢？
答案是可以。為液體火箭發動機增壓的辦法人類很早就想到了，比如說風箱就是一個加壓的好辦法。在蒸汽革命時代，為了增強鍋爐的燃燒效率，工程師就想到了強圧通風的辦法，說白了就是給鍋爐加一個鼓風的泵。
俄國的航天先驅齊奧爾科夫斯基就最早意識到，要想充分發揮液體火箭的推進效率，就必須提高液體推進劑的壓力，他很有前瞻性的提出了利用泵機對推進劑加壓的方案。在1903年，這位航天先驅就繪制了一張液體火箭概念圖。
齊奧爾科夫斯基繪制的火箭是蛋型的，前部是乘員艙，后部是推進劑艙，分為液氧貯存箱和碳氫燃料箱，細長的液體火箭發動機位于火箭中軸線上。考慮到火箭發動機工作時將釋放出大量的熱，他想到了用耐熱材料制造發動機，同時分流一部分低溫液氧來冷卻發動機，因此俄國人堅持認為齊奧爾科夫斯基最早提出液體火箭發動機的冷卻思路。甚至這位先驅還設想液氧不僅作為推進劑的氧化劑，汽化后還供應成員呼吸。唯一比較可惜的是齊奧爾科夫斯基用于為推進劑增壓的小活塞泵并沒有給出其工作動力來源（這個很重要）。
在齊奧爾科夫斯基之后，一個美國人接過了接力棒，羅伯特.戈達德在1914年準備在液體火箭上裝一臺汽油機驅動的活塞泵。不過經歷了一系列的曲折試驗之后，其設計并不可靠。
回到蘇聯這邊，在科羅廖夫不滿足于擠壓循環之后，泵壓循環就是可行的方案了。所以火箭發動機巨匠瓦倫京.佩特洛維奇.格魯什科站了出來。在二十世紀三四十年代，格魯什科的設計局搞出了rd1發動機，這就是那段時間蘇聯非常流行的混合動力發動機。活塞發動機通過變速箱分流一部分動力驅動rd1的泵機為推進劑增壓。但是格魯什科偏好于采用燃燒穩定的硝酸氧化劑，這使得氧化劑泵的耐腐蝕問題非常棘手。一直到1944年，格魯什科才比較好的解決了這個問題。
這么說吧，戈達德的方案是小活塞機帶動大火箭，而格魯什科則是用大活塞機帶動小火箭，不過他們的嘗試都不太成功。真正推動泵壓循環的還是前面說到的那位天才馮.布勞恩。
在設計a4火箭（就是后來著名的v2導彈）時，馮.布勞恩跳出了擠壓循環的條條框框，引入了大量的新技術，最重要的自然是泵壓循環，他很自然的想到直接用泵來輸送推進劑，但是用什么動力來驅動這臺泵機就是大問題了。你想想導彈的每一分重量都是寶貴的，總不能裝死重的活塞發動機作為動力來源吧？
解決這個問題的突破口不在馮布勞恩，而在另一位德國工程師手里，此人叫赫爾姆斯.******。這位當年在幫德國海軍搞先進潛艇研發，他主要負責動力這塊。
眾所周知，常規潛艇受限于蓄電池的水平，隔一段時間就得上浮打開柴油機帶動發電機給電池充電。那么有沒有一種辦法讓潛艇擺脫這種限制呢？
最好的辦法自然是核動力，不過那個年代還不現實。為此工程師想了很多辦法，比如干脆攜帶多一點氧化劑，咱們在海底也能開柴油機發電，比如蘇聯在二戰中就嘗試過儲存液氧，不過低溫儲存的液氧危險性實在太大，弄不好就要爆，自然的俄國人是失敗了。
******想到的辦法是雙氧水，這玩意兒比液氧安全一些。可以常溫儲存，更重要的是，雙氧水催化分解時可以長生富含氧氣的水蒸氣，溫度可以達到五百度，這個溫度足以使烴類或者醇類燃料自然。也就是說無論是雙氧水直接催化分解，還是進一步與燃料混合燃燒都非常適合驅動渦輪機，這種渦輪機就叫******透平。
當然雙氧水具有強氧化性，還是相當危險的。比如1934年3月，馮布勞恩的助手沃姆克博士將雙氧水同酒精混合時就發生了爆炸，當場炸死了包括沃姆克在內的三人，一度的雙氧水加酒精的思路被禁止。
好在很快德國空軍通過實驗證明將********鹽溶液作為催化劑噴射到高濃度的雙氧水中可以觸發穩定的分解反應，這才使得德國人重新撿起******透平這條路。比如說v2的渦輪泵就是由雙氧水分解驅動的，由于其中并沒有發生燃燒反應，因此這種泵只能叫氣體發生器，而不能叫燃起發生器（很重要）。
v2上有a、b兩個貯藏箱，a箱里是作為催化劑的********鹽溶液，b箱貯藏的是80濃度的雙氧水。它們在氣體發生器內相遇之后發生一連串的反應，主反應是雙氧水的催化分解，由于這是放熱反應，而且反應相當劇烈，因此生成的是氧氣和水蒸氣。副反應是********受熱后自身的分解，生成的是高錳酸鈉、二氧化錳和氧氣，副反應增大了氧氣的生成量，是一大利好。
這些生成的氣體推動渦輪泵輸出3800轉/分的580馬力功率，驅動燃料泵和氧化機泵運轉，使酒精和液氧的流量分別提高到58千克/秒和72千克/秒。
當時v2的推進劑標準加注量是酒精8360磅、液氧10800磅，渦輪泵全速工作時實際只夠發動機工作一分鐘多點。而正是這一分鐘多的上升段，就足以使v2攜帶一枚近一噸的彈頭飛出三百公里。
似乎是這很給力，但是對于科羅廖夫來說，這遠遠不夠用。氣體發生器跟后來燃起發生器相比還是太小巫見大巫了。科羅廖夫的想法是用燃起發生器取代v2上的氣體發生器，讓渦輪泵的功率變得更大！
當然一開始科羅廖夫和格魯什科還沒有走那么遠，他們打算是改良v2的設計。準備將********鹽溶液替換為鍍銀鎳網催化器。他們發現使用鍍銀鎳網時，70濃度的雙氧水分解產物溫度就能達到233度，而90的雙氧水則能夠達到740度。不過唯一的缺點是這種催化劑的活性是有時間限制的，僅僅只有兩個小時。
經過一連串的試驗，新的采用固體催化劑的r7火箭的原始模型誕生了。其rd107/108渦輪泵結構還比v2有了更多的優化，除了驅動氧化機泵和燃料泵之外，還帶有齒輪傳動的兩臺副泵，其中一臺專門用于為氣體發生器供應雙氧水，這樣就不必像v2一樣在雙氧水箱采用氮氣擠壓輸送方式。
毫無疑問，r7的原型算是青出于藍了，實現了v2所不能實現的高度集成化。但是科羅廖夫和格魯什科就是不滿意，因為其工作效率真心是不高。所以當時科羅廖夫一方面繼續完善r7的設計，另一方面也在試圖突破v2條條框框。
很快科羅廖夫就找到了思路，在他看來問題就出在了雙氧水上。既然雙氧水催化分解反應很礙事，那么不妨就直接用主燃燒室所用的推進劑，讓它在單獨的燃燒室內混合燃燒，但工作的溫度可以想方設法的控制得低一點。這樣的獨立燃燒室就是燃氣發生器，產生的是真正的燃氣。使用時只需要少量的壓縮氣體將推進劑吹入燃氣發生器，一旦燃氣發生器開始驅動渦輪就可以接管為推進劑增壓的工作。這多方便！
當然，在1944年這還僅僅是一個大體的設想，就算是科羅廖夫也僅僅只是將其當成了遠景規劃。在當前，他主要精力還是大改的大號v2，也就是蘇聯的r7火箭。
1944年十月，在kgb的資金支持下，rd107發動機進行了試車，初步驗證了其可靠性。接下來的兩年之內，這種試車還要進行數十次，直到其完全成熟之后，才會開始下一輪的試驗，也就是實彈檢測。
對于李曉峰來說，如果一切順利的話，在1950年以前，就能獲得能夠拋投原子彈，而且射程在8000公里以上（初步估算）的導彈，這對于蘇聯未來的國家安全和國際影響力是至關重要的。(未完待續。)