דמות חשובה נוספת בפיתוח המוקדם של רקטות הייתה הרמן אוברט הגרמני. בהשפעת ספריו ורעיונותיו של הסופר הצרפתי ז'ול וורן על מסע לירח, אוברט כתב ב־1923 את ספרו "ברקטה אל החלל הבין כוכבי" שהפך גם הוא לאבן פינה בספרות המודרנית על טילים, והצית את דמיונו של ורנר פון בראון. ב־1927 הקים אוברט הקים את "החברה למסעות בחלל" במטרה לקדם מחקר תאורטי ומעשי על הנעה רקטית. הרעיון של רקטות כמושא מחקר, כמו גם הרעיון של שליטה מרחוק (Remote control) בכלי טיס, היו מוקדי התעניינות מרכזיים בקרב גופים צבאיים ואקדמיים שונים בגרמניה במהלך כמה העשורים שקדמו למלחמת העולם השנייה, והקמת הגוף הזה התניעה אף יותר את שיתוף הפעולה במחקר על הנעה רקטית.
חשיבותו של אוברט לא הייתה רק ארגונית, אלא שהוא ערך מספר ניסויים חשובים ברקטות והסיק מהן מסקנות שהיו חשובות לתכנון ה־V-2. במהלך הניסויים שלו ברקטות דלק נוזלי, אוברט הבחין שתהליך ה"אטומיזציה" (כלומר שטיפות הדלק מתחלקות לטיפות קטנות יותר ויותר), או "השמדה עצמית" (Self-destruction) של טיפות הדלק הבוערות מוביל לבעירה מהירה יותר. תופעה זו נובעת מכך שככל שהטיפות קטנות נוצר שטח מגע גדול יותר בין המחמצן וחומר הדלק, מה שמוביל לבעירה מהירה יותר. תגלית זו אפשרה את התכנון של תאי בעירה יעילים יותר מקודם, והיא מרכזית לתכנון מנגנוני הזרקה (Injectors) יעילים בטילים.
היסטוריית פיתוח: תיאור כללי.
במלחמת העולם הראשונה, מדינות רבות עשו שימוש ברקטות עם דלק מוצק ולכן בהתאם להסכם ורסאי, נאסר על גרמניה לפתח ולייצר טילים מסוג זה. עם זאת, טילים עם דלק נוזלי כלל לא הוזכרו בהסכם. בסוף שנת 1929, נתן שר הביטחון הגרמני הוראה לבדיקת אפשרות השימוש בטילים לצורך מטרות צבאיות ובשנת 1932 הוקמה תחנה ניסויית עבור טילים עם דלק נוזלי בקומרסדורף שליד ברלין. קולונל וולטר דורנברגר חזה בהדגמה של רקטה ניסויית שפותחה על ידי מהנדס גרמני צעיר בשם וורנר פון בראון, ואף על פי שיכולותיה היו די מוגבלות, התרשם והציע לפון בראון להמשיך את הפיתוח תחת הנהלה צבאית.
פון בראון הסכים להצעה ובשנת 1934 הושגה הצלחה בשיגור טיל A-2 – דגם לא גדול המונע על ידי אתנול וחמצן נוזלי. אף על פי שבאותו הזמן כבר היו קיימות מספר אפשרויות לתערובות של דלקים ומחמצנים, העדיפו אנשי הצבא הגרמנים את השימוש באתנול עקב המחסור התמידי במוצרי נפט בגרמניה. האתנול, לעומת זאת, היה מצוי בשפע והגרמנים עשו בו שימוש לאורך כל מלחמת העולם השנייה.
לאחר ההצלחה עם טיל A-2, החלה הקבוצה של פון בראון לפתח את הטילים A-3 ו־A-4 (לימים V-2). את עיקר שיפור היכולות המבצעיות של הטיל ניתן ליחס לעבודות השדרוג שבוצעו במנוע על ידי המהנדס וולטר טיל, ולהבשלה של הידע התאורטי שנצבר על ההתנהגות האווירודינמית של גופים על קוליים (דגם ה־A-3 שפותח קודם נדחה עקב אי־יציבות אווירודינמית שהפגין בניסויים שונים). כדי לבחון את ההתנהגות האווירודינמית של הטיל, נבנו בין 1936 ו־1939 במעבדות הפיתוח שלו כמה ממנהרות הרוח העל־קוליות הראשונות בהיסטוריה, שהותאמו במיוחד לחקר ההתנהגות האווירודינמית של עצמים הנעים במהירויות גבוהות בהרבה (על קוליות עד היפר קוליות) מכל מה שתוכנן עד אז.
לקראת סוף 1941, מרכז המחקר הצבאי בפנמינדה אחז בטכנולוגיות החיוניות להצלחה של ה־V-2. ארבע טכנולוגיות המפתח להצלחת הטיל היו:
עם השגת הטכנולוגיות הנחוצות לבניית הטיל, שני אתגרים טכנולוגיים הכתיבו את אופי התכנון של הדגמים הראשונים של הטילים: הצורך בדיוק והצורך בייצור המוני של הטיל. הצורך הראשון היה האתגר המרכזי בפניו ניצבו המדענים. ישנן שתי שגיאות אפשריות למיקום פגיעת הטיל: שגיאה בכיוון מעוף הטיל (שגיאה בטווח הבליסטי) ושגיאה בכיוון הניצב למישור התנועה ("Guide plane") של הטיל (שגיאה באזימוט). על הראשון התגברו באמצעות חישוב ושליטה ברגע כיבוי מנוע הטיל (שכונה "Brennschluss") ובאמצעות מנגנון ששלט בזווית העלרוד של הטיל (ולפיכך בקצב ההגבהה שלו) כתלות בזמן כך שבסיום השלב הממונע הטיל היה בעל גובה ומהירות "אופקית" מסוימת. לצורך פיתוח המנגנון, פותח במעבדות המחקר בפנמינדה סימולטור מתאים - מחשב אנלוגי שבעזרתו בחנו המדענים פרופילי טיסה שונים (המחשבים האנלוגיים בהם נעזרו פותחו על ידי הלמוט הולצר). בעזרת המחשב של הולצר, שהיה אחד המחשבים הראשונים בעולם שהיו לגמרי אלקטרוניים, נתאפשר לבצע במספר דקות חישובים שלקחו קודם לכן כשבועות אחדים, והתרומה שלו הייתה קריטית להצלחה של פרויקט ה־V-2.
הצורך בדיוק באזימוט נענה בשילוב מחשב אנלוגי במערכת ההנחיה של הטיל, אשר בעזרת המערכות הגירוסקופיות פעל כדי להוציא פקודות אנלוגיות להגאי הטיל לתיקון כיוון תנועתו. המחשב שלט בתנועה הקווית של הטיל ובתנועות הסיבוב בכל הצירים ותיאם ביניהם. השילוב של מערכת הנחיה מבוססת מחשוב אנלוגי בטיל אפשר להקטין את הסטייה האנכית במיקום הפגיעה של הטיל מ־3.5 קילומטר לבערך 0.5 קילומטר. ההישג הזה במחשוב ההנחיה הוא אבן הפינה בהנחיית הטילים הבליסטיים המודרנית, וכן בבקרת טילים (מבחינת הדינמיקה שלהם כגוף קשיח; את הדינמיקה התלת ממדית של טיל או רקטה מתארת מערכת סבוכה של 6 משוואות דיפרנציאליות מצומדות מסדר שני).
השיגור המוצלח הראשון של הטיל V-2 בוצע במרץ 1942 ואילו השיגור המבצעי הראשון בוצע ב־8 בספטמבר 1944. מספר השיגורים המבצעיים הכולל של הטיל עמד על 3225.
לצורך בקרה ושיפור ביצועי הטיל, הטיל נצבע בתבנית שחור־לבן אופיינית, בדומה ללוח שחמט, כדי שניתן יהיה לקבוע מצילומים בקלות אם הטיל מסתובב על צירו.
הפיתוח האווירודינמי של ה־V-2.
התכנון של טיל ה־V-2 נגזר מן הכוחות האווירודינמים והטמפרטורות להם הוא נחשף במהלך מעופו. הצורה, המבנה והביצועים תלויים באופן חזק במידת הידע על התנאים האווירודינמיים והתרמודינמיים במהלך טיסה על קולית, ואלו לא היו ידועים כלל בתחילת הפיתוח של רקטות ארוכות־טווח. מחקרים סיסטמטיים על גרר, יציבות, בקרה וחימום אווירודינמי של הגוף העל קולי היו חייבים להיעשות לפני שניתן יהיה לשגר רקטות ארוכות טווח בהצלחה. בעיני החוקרים, מטרות המחקר הזה היו בראשונה תכנון עיצוב אווירודינמי כזה שיאפשר יציאה יציבה ומוצלחת מהאטמוספירה של כדור הארץ, ושנית, להשתמש בידע האווירודינמי שנצבר לתכנון מערכת בקרה אפקטיבית לטיל ה־V-2 שתוכל לייצב אותו במהלך מעופו - שתוכל לטפל באוסצילציות העלרוד והסבסוב וכן בסטייה מהמסלול המתוכנן (על כן כונה אחד מרכיבי מחשב הטיל Lateral Integrator - אינטגרטור תאוצה בציר הרוחב), ובסופו של דבר תביא לסטייה קטנה יותר במיקום הפגיעה של הטיל.
במסגרת המחקר הניסויי שנערך במנהרות הרוח, דגמי הטיל נבנו במגוון צורות וקונפיגורציות, בהתבסס על סכמות תאורטיות שונות ועל תוצאות ניסוייות קודמות על התנהגות תת־קולית. המחקרים האלה קידמו רבות את ההבנה של ההתנהגות הדינמית של רקטות מיוצבות (Fin-stabilized rockets). אלו היו המבחנים עליהם ביסס שנלר מדרמשטט את החישובים שלו על התנועה ה"לונרית" של רקטות - האפקט הרזוננטי של השפעת העלרוד והגלגול זה על זה. חישובים אלו העניקו בפעם הראשונה הסבר תאורטי מספק לתופעת התנודות הקטסטרופיות אשר מנעו מדגמי הרקטות לחצות את מחסום מהירות הקול. התאוריה של שנלר הובילה להסבר מספק של התנועה הלונרית הזאת.
כשהמחקר האווירודינמי השיטתי החל ב־1937, לא הרבה מידע היה קיים על גופים במהירות על קולית. רסיסי מידע יכלו להיאסף מחקירות בליסטיות אשר נערכו על קליעים מיוצבי־ספין. ההתנהגות של הקליע המסתחרר הותקפה מתמטית במהלך העשורים הקודמים באמצעות גזירת המשוואות הגירוסקופיות המתארות את תנועת הקליע אשר מהן הוסק מקדם היציבות של הקליע. אף על פי כן, הרכיבים של הכוחות והמומנטים האווירודינמיים והאינטראקציות המורכבות שלהם, במיוחד בזרימה על קולית, היו לא ידועים. כדי לחקור את הטריטוריה החדשה, החוקרים נשענו באופן נרחב על פרסומים קודמים של Busemann, קרמן, פרנדטל, אקרט, ואחרים. בעזרתם של פרסומים קודמים אלו, הם חישבו את התפלגות הלחץ על הגופים של ה־A-4 וה־A-5 באמצעות שיטת הבורות והמקורות. מאוחר יותר במהלך המלחמה, הם פיתחו שיטות מתמטיות חדשות משלהם לחישובים תאורטיים על גופים בעלי סימטריה גלילית. תוצאות החישובים החשובים האלה שימשו כדי למצוא צורות אופטימליות מבחינת גרר עבור הטיל, וחוקר בשם וולפגנג האק חישב ב-1941 את צורת הגוף האופטימלית מבחינת מזעור גרר גלים (wave drag) - ה- Sears–Haack body. צורתו הסופית של גוף ה-V2 דמתה למדי לצורה זו, והחישוב נשמר בסוד במהלך תקופת המלחמה. בעלות חשיבות ראשונה במעלה עבור צוות ההנחיה של פון בראון היו גם המחקרים על הריסון האווירודינמי של הטיל, אשר הדגימו כיצד הטיל מתנהג במהלך החדירה לאטמוספירה. בעיה זו הותקפה באינטנסיביות על ידי חטיבת המחקר, ו־W. Heybey חקר פתרונות שונים של המשוואות הדיפרנציאליות המתארות את הריסון. ניסויים שנערכו הדגימו איך דגמים מסוימים, אף שהיו בעלי זווית התקפה קרובה ל־180 מעלות, פנו בחדות לכיוון הרוח וייצבו את עצמם בכיוון זה באמפליטודות הקטנות במהירות.