Когда приходит озарение

Когда приходит озарение

Как уже неоднократно отмечалось, деление узлов конструкции на главные и второстепенные чисто условное, хотя бы по той простой причине, что "лишних" элементов в системе летящей ракеты не бывает. Впрочем это утверждение верно с одной оговоркой: при определенных условиях отдельные системы могут оказаться ненужными. Так, например, если при пусках ракет не возникает нерасчетных режимов полета, то система аварийного подрыва ракеты может оказаться невостребованной. Но такие ситуации надо только приветствовать, ибо они лучшее свидетельство совершенству созданной конструкции.

Если даже головная часть боевой ракеты будет выведена и продолжит полет, не побоимся этого слова, с идеальной точностью, то она может быть легко уничтожена противоракетой противника. И задача пуска будет успешно решена только при наличии на борту ракеты системы ложных целей, которые не только никакого отношения к совершенству конструкции корпуса не имеют, но вдобавок усложняют и утяжеляют ее. А сам их отстрел даже может вносить некоторые возмущения при движении по траектории.

Излагаемая ниже история узла, с помощью которого осуществляется соединение разделяющихся в полете частей ракеты, явное свидетельство того, что важен любой "винтик" во всей сложной системе конструкции ракеты и как его становление происходило в неразрывной связи с повышением требований к ракете по точности стрельбы.

В пятидесятых годах для осуществления разъемного соединения различных узлов ракеты стали применять шариковые замки, в которых связь двух стыкуемых элементов осуществляется через обычные стальные шарики. При нажатии на центральный шток шарики проваливаются в кольцевой паз последнего и происходит разделение узлов или отсеков.

Именно с помощью таких замков впервые присоединялась головная часть к корпусу ракеты Р-5 конструкции С.П. Королева и для этих же целей они были заимствованы при проектировании ракеты Р-12. Однако в процессе летных испытаний отмечались неоднократно факты несрабатывания одного или двух из трех устанавливавшихся в стыке шариковых замков. В результате головная часть зависала на корпусе ракеты, а затем под действием поперечных возмущений шариковый замок разрушался. Если при этом даже не происходило нарушения конструкции корпуса головной части, то, все равно, возникавшие в этом случае в процессе разрыва замка возмущения приводили к отклонению последующего свободного движения головной части от расчетной траектории. Отмеченные случаи отказа шариковых замков были обнаружены при первых же пусках ракеты Р-12 в 1957 году.

В лабораторных условиях шариковые замки подвергли всесторонним испытаниям на функционирование. Было выявлено, что если предварительно замок подвергается нагружению растягивающей силой (на сжатие замки в таких соединениях, как и обычные болты, не работают), то происходит вдавливание твердых шариков в относительно мягкий металл самого замка, что и приводит к его заклиниванию. Разъемное соединение, испытав предварительное нагружение растягивающей силой определенной величины, становилось неразъемным.

Делая ставку на шариковый замок, исходили из того, что в момент разделения, как и в процессе всего полета, головная часть давит на корпус ракеты, поэтому стык всегда сжат на активном участке траектории и шариковый замок не нагружен.

Проведенный параллельно тщательный теоретический анализ условий нагружения стыка головной части и корпуса показал, что в процессе транспортировки и подъема ракеты в вертикальное положение при установке на стартовый стол на шариковый замок действует растягивающее усилие.

Более того, этот случай нагружения был предусмотрен и производился даже расчет на прочность, подтверждающий, что замок выдерживает и большие усилия. Не учли только одного, что возникающие под шариками контактные напряжения могут приводить к смятию материала деталей замка и, соответственно, к его заклиниванию. По-прежнему надежно соединяя стыкуемые детали после транспортировочных операций и подъема в вертикальное положение, он становился неработоспособным. Для избежания в последующем обнаруженного явления необходимо было принять определенные меры. Можно, конечно, было разгрузить стык, поставив дополнительную опору на лафете для транспортировки ракеты. Однако Главный принимает кардинальные меры — заменить малонадежное механическое соединение на пиротехническое. Для реализации решения потребовалась разработка конструкции специальных разрывных пироболтов. С этого момента они стали широко использоваться для соединения стыкуемых отсеков ракет, разделяющихся в процессе полета.

Введенные вместо шариковых замков разрывные болты хорошо зарекомендовали себя и оказались очень надежными в эксплуатации. Казалось, судьба шарикового замка как способа соединения отделяющегося объекта и корпуса ракеты решена окончательно и бесповоротно. Однако по прошествии определенного времени, как говорится, все вернулось на круги своя, только, естественно, в новом качестве.

В начале семидесятых годов, как уже было подробно описано выше, дальнейшее совершенствование бортовых цифровых вычислительных машин позволило сделать качественный скачок в развитии систем управления. В результате резко возросла точность параметров движения ракеты в конце активного участка полета. В этой ситуации одним из основных стал вопрос о снижении уровня возмущений, действующих на отделяющийся объект в процессе расстыковки. Как ни хороши были нашедшие широкое применение разрывные болты, но возникавшие в результате взрыва их газы создавали значительный нестабильный импульс, который и увеличивал разброс точек падения боевых блоков.

По просьбе проектантов за дело взялись конструкторы. Проработать вопрос о возможности решения проблемы разделительного устройства, в котором импульс при расстыковке будет минимальным, поручили начальнику группы Ю.А. Панову. Задача оказалась не из легких.

О последнем этапе в истории становления узла соединения рассказывает сам Юрий Антонович. Эти воспоминания любопытны еще и потому, что они проливают свет на секреты творческой деятельности инженера, в результате которой рождается принципиально новая конструкция. Это то, что принято называть (факт многократно описанный в литературе) интуицией, а еще проще — божьей искрой. Вот эта история:

— Началось конструкторское таинство. За рабочим столом, в транспорте при поездке на работу и обратно, в выходные дни и на рыбалке, дома и гостях шла невидимая для постороннего глаза, ни на минуту не прекращавшаяся умственная работа. Сон пропал, перед мысленным взором рождались десятки конструктивных идей, которые тут же безжалостно отбрасывались неумолимой логикой. Прежде чем провести хотя бы одну линию для реализации очередного эскиза, уже становилось ясно — на этом можно сломать шею. Конструкция устройства стыковки, отвечавшая поставленным требованиям, родилась совершенно неожиданно в полудреме, ночью. Как все оказалось просто и логично! Сон как рукой сняло. Быстро включил свет, нашел клочек миллиметровки и мгновенно набросал пришедшее решение. Разбуженная светом жена резюмировала:

— Сумасшедший!

С трудом дождался утра. Эскиз перед начальником лаборатории Клебанским, который внимательно рассматривает, долго думает. Объяснений не требуется, ведь он конструктор от бога. Затем берет чертеж и буквально бежит к проектантам. Те — за. Не теряя времени, пишем заявку на приоритетное решение и удивительно быстро из Комитета по делам изобретений и открытий получаем "красный уголок". Изобретение признано.

Начинается завершающий этап конструкторской деятельности — выпуск чертежей. Однако совершенно неожиданно у новой конструкции нашлись решительные противники в лице баллистиков. И тут началось!

— Куда вы лезете в святая святых — разделение?! — заявляли они авторам новой конструкции.

Но позиция конструкторов по-прежнему жесткая:

— Без нового соединения мы не достигнем заданной кучности стрельбы.

Как заявил один из очевидцев этого противостояния:

— Пошли стенка на стенку — за и против.

Собирается по этому вопросу у Генерального конструктора Владимира Федоровича Уткина специальный научно-технический совет.

Главный внимательно выслушивает обе стороны, некоторое время изучает наскоро сделанный плакат. Но положение критическое. Поэтому выкладываю последний козырь, а это был решающий дальновидный аргумент.

— Владимир Федорович! Конструкция стыкуемых поверхностей в точности повторяет старую. Поэтому устройство полностью взаимозаменяемое по посадочным местам разрывного болта и его крепежной втулки. В любое время на полигоне в случае неудачи, при автономной отработке узла соединения, можно будет вернуться к старому решению с разрывным болтом, произведя замену уже на готовых собранных ракетах.

Этот убедительный довод произвел должное впечатление.

Уткин обращается к разгоряченным спорщикам:

— Это так?

— Да, так! — следует дружный ответ.

— Ну тогда на первую летную машину будем ставить предлагаемый узел соединения.

И, после небольшой паузы, подкрепил принятое решение убедительной аргументацией:

— Если не будем пробовать новое, то хороших ракет не будет.

Однако оппоненты не сдаются и после совещания пишут Главному докладную, в которой перечисляют возможные отказы конструкции, грозящие неотделением блоков. На докладной появляется короткая резолюция:

"Учесть при разработке".

Начались тяжелые будни рождения нового узла в металле: чертежи, извещения на изменения и, наконец, проверка работоспособности на стендах в лаборатории. После конструкторских и завершающих доводочных испытаний выпускается заключение, в котором дается добро на сборку на полигоне первой летной машины Р-36М с разделяющейся головной частью 15Ф143.

РГЧ собрана, загружена в транспортировочно-установочный агрегат, через день назначен вывоз на стыковку с ракетой. И вдруг ЧП! На завершающем этапе автономной отработки при испытаниях на прочность один узел разрушился при нагрузке, заданной по техническому заданию! Причина выяснена быстро — нестабильность механических характеристик материала новой стали корпуса замка после термообработки.

Совещание за совещанием, а вопрос всего один: можно ли вывозить первую летную машину или нельзя? В конце концов принимается решение: ракету вывозить, но движение должно происходить на скорости не более двадцати километров в час.

На полигон срочно прилетает Олег Николаевич Клебанский, садится в кабину установщика рядом с солдатом-водителем и отправляются на старт. А впереди движется специальная машина с песком и выравнивает все выбоины в бетоне.

И вот финал. Пуск!

Первая ступень отработала нормально, вторая — нормально, отделилась разделяющаяся головная часть. Секунды кажутся вечностью: при разведении блоков должно сработать тридцать узлов соединения!"

И наконец долгожданный доклад:

— Последний блок сошел нормально!

Результаты летных испытаний отличные. "Болезнь" вылечена. Бывшие противники узлов соединения стали сразу рьяными сторонниками новой конструкции.

А на меня навалилась огромная усталость. В первый, но как станет ясно в дальнейшем не последний, раз попадаю в кардиологию!..

Так закончилась официальная сторона истории создания одного из маленьких в масштабах корпуса ракеты, но весьма важных узлов, от надежной безымпульсной работы которого существенно повышалась точность попадания головной части в цель.

Однако был и второй не менее интересный и совершенно не запрограммированный акт этой истории, достойно венчавший столь длительную многолетнюю эпопею становления конструкции, которой суждено было стать стандартной в отрасли.

Пользуясь ставшей популярной модой на иностранные слова для обозначения общепринятых понятий, отметим, что презентация новой конструкции произошла совершенно неожиданно, да к тому же на очень высоком уровне.

В один из дней, когда испытания по автономной отработке узла соединения были успешно завершены, в зале, где происходила функциональная отработка различных систем вновь проектируемых ракет, в том числе и для будущей "Сатаны", неожиданно открылись двери и вошла группа людей во главе с министром С.А. Афанасьевым и В.Ф. Уткиным. И первое, с чего начал свои пояснения Владимир Федорович, рассказывая о проведении функциональных испытаний по разведению боевых блоков разделяющейся головной части, было заявление:

— На этих испытательных стендах производилась отработка принципиально нового безымпульсного устройства для разделения узлов конструкции корпуса, которое впервые в отрасли было применено на проектируемых ракетах.

Это заявление вызвало у министра интерес, и он попросил более подробно рассказать о существе заложенной в устройство идеи и функционировании устройства непосредственно по чертежам на узел. Скорость, с которой была доставлена техническая документация в зал, отвечала уровню пожелавшего познакомиться с ней. Чертежи появились буквально мгновенно. Все было настолько неожиданно, что когда В.Ф. Уткин предложил дать пояснения руководителю направления, в подразделении которого был создан УС, последний почувствовал себя несколько некомфортно, и, увидев случайно подвернувшегося автора, решил не рисковать, указав на Ю.А. Панова:

— Вот он является автором этого устройства.

Взяв узел в руки и развернув чертеж, Юрий Антонович подробно пояснил принцип его действия и особенности конструкции.

— А куда девается импульс? — уточнил министр, довольно быстро разобравшийся в чертежах.

Ю.А. Панов подробно объяснил, что импульс в основном воспринимается платформой разделяющейся головной части и не передается на отделяемый блок.

И вот тут-то произошло неожиданное. Внимательно выслушав хорошо аргументированное объяснение и удовлетворенно кивнув, А.С. Афанасьев обратился к сопровождавшему его начальнику Главного управления министерства, в ведении которого находилось конструкторское бюро:

— За это надо давать деньги!

И делегация проследовала дальше, знакомясь с другими испытаниями по отработке узлов конструкций.

События дальше развивались, как и состоявшийся визит, в быстром темпе. В тот же день за подписью Главного конструктора в министерство было направлено письмо с просьбой выделить для поощрения разработчиков узла соединения пять тысяч рублей. И удивительно быстро — буквально через несколько дней из Москвы пришли деньги.

По расчетам создателей узла соединения, с учетом всех участвовавших в его отработке в конструкторском бюро и на полигоне число премируемых должно было составлять пятнадцать человек. Естественно, изобретатели, имевшие авторские свидетельства на узел, предвкушали получить, по их словам, "хорошие бабки". В окончательной ведомости, утвержденной Главным конструктором, было семьдесят пять человек. Авторы были в самом конце списка. Хотя справедливости ради следует отметить, что сумма их премий была самой высокой. Они получили по 500 рублей.

При распределении премии очень принципиально повел себя начальник отдела, где создавалось устройство — В.С. Мельник. Дело в том, что когда подразделение, входившее в отдел, по просьбе проектантов взялось за разработку конструкции, он был категорически против этой инициативы. Считая данный вопрос прерогативой конструкторов корпуса ракеты, а также понимая его важность и возможные последствия в результате неудачи, он наотрез отказался от личного руководства проектированием нового узла.

— Куда вы лезете в святая святых проектантов, — заявил В.С. Мельник в ответ на предложение взять на себя эту работу.

Но когда хотели включить его в список премируемых, он отказался наотрез:

— Я был против этого устройства и оказался неправ. Поэтому от премии отказываюсь, — резюмировал принципиальный и честный руководитель.

Итак, в чем же заключалась изюминка новой конструкции?

После нескольких месяцев размышлений и настойчивых поисков нужного решения инженер пришел к совершенно неожиданному выводу: новое может быть создано только на базе хорошо забытого старого. Он понял, что основой искомого разделительного устройства должен стать отвергнутый шариковый замок. Однако использование механизма расстыковки за счет выпадения шариков в паз должно осуществляться на основе ряда нововведений.

Каковы же основные идеи, которые были положены в предлагавшуюся конструкцию?

Реализацию основной задачи — создание соединения, не передающего импульс силы от разрывных газов на отделившийся блок, удалось осуществить за счет оригинального конструктивного решения. Прежде всего необходимо было для улучшения надежности и быстродействия срабатывания увеличить энергетику механизма, то есть силу, которая действует на подвижной шток для расстыковки замка. Для этого пришлось отказаться от пневматического способа разделения с использованием газов высокого давления, требовавшего наличия на борту ракеты баллонов с давлением в сотни атмосфер. Так, в конструкции были сохранены пиропатроны, являвшиеся основой разрывных болтов. Однако детали соединения головной части и корпуса ракеты изобретательным инженером были выполнены так, что возникавшие при взрыве газы практически не действовали на корпус отделяющегося блока, расходуясь только на расфиксирование шарикового замка, а возникавшие усилия передавались на корпус ракеты.

Ну и, наконец, что не менее важно, конструктивно поверхности соединения узлов были выполнены коническими и становились таким образом направляющими, обеспечивая надежность центровки узлов при сборке.

В довершении был устранен один из основных недостатков старого замка. Для изготовления цилиндрической втулки применяли сталь с такими высокими механическими свойствами, которые полностью исключали явление вдавливания шариков по контактной поверхности, приводившее к заклиниванию замка.

В этой связи может возникнуть недоуменный вопрос: а почему, отвергая замок более двадцати лет назад, не додумались до этого решения? Ведь это так просто! Но факт — вещь упрямая. Поэтому-то часто неожиданное решение и бывает эффективным, что оно самое простое. Однако в любом случае до него надо додуматься.

Проведенные всесторонние испытания при отработке узла на стендах показали, что новое соединение, сочетавшее преимущества двух предшествующих, оказалось очень надежным в работе. А самое главное, была решена задача практически безымпульсного (импульс удалось уменьшить на порядок) замка. Если в применявшихся разрывных болтах импульс достигал 4 кгс с, то в новой конструкции он не превышал 0,35 кгс с.

Так состоялся "ренессанс" конструкции шарикового замка. Жизнь подтвердила правильность принятого решения. Новый шариковый замок был внедрен, показал стопроцентную надежность (!) и безотказно работал на всех ракетах, как боевых, так и космических, проектировавшихся впоследствии.