Мозговой штурм

Мозговой штурм

Как бы ни была совершенна вновь создаваемая система — это только сверкающая часть айсберга, а все трудности, которые пришлось преодолеть на пути к цели, остаются за кадром. И родиться этот айсберг мог только на основе творческого сплава дерзкого замысла Главного — генератора идей — и увлеченности и преданности делу талантливых исполнителей, которым судьба предоставила возможность раскрыть в полную силу свои потенциальные возможности. Именно этот человеческий сплав и оказался определяющим при проектировании. Для реализации минометного старта пришлось решить ряд очень трудных, принципиально новых схемных и конструкторских задач.

И, как всегда, Главный сделал ставку на молодежь, и ее лидеров. Благодаря их неординарному инженерному мышлению, нестандартному подходу к решению возникающих задач удалось успешно выбраться из многочисленных тупиковых ситуаций, которые неизбежно порождает любая новая идея. Предлагавшиеся оригинальные подходы к конструированию отдельных функциональных систем выполнялись фактически всегда на уровне изобретений и становились типовыми в отрасли.

Это был титанический труд увлеченных людей в урочное и неурочное время по 12 часов и более в сутки, изнуряющие командировки, и снова работа, работа, и никого в этой работе не надо было подгонять. Интерес к делу цементировался важностью решаемой задачи.

По прошествии трех десятилетий, когда события тех дней стали достоянием истории, сегодня весь ход проектно-конструкторской реализации идеи минометного старта (а в нем много было интересного и поучительного) в деталях и особенно в персоналиях восстановить крайне трудно, и в отдельных случаях и вообще невозможно. И причины тому банально просты. С одной стороны, энтузиасты тех свершений, беспредельно увлеченные делом, почти напрочь были лишены амбициозности и мало заботились о своей популярности в будущем. А с другой — как метко заметил поэт: "одних уж нет, а те далече". И все же, поскольку за любым техническим решением стоят конкретные люди, назовем фамилии некоторых непосредственных участников тех событий. Ведь не все они познали сладость признания личных заслуг и документального узаконивания своей неординарной деятельности.

Общее руководство всеми проектными работами осуществлялось Э.М. Кашановым. Собственно идея транспортно-пускового контейнера и опорно-ведущих поясов на ракете принадлежит Г.А. Кожевникову. Расчет динамики и газодинамики старта, а также расходных характеристик пороховых аккумуляторов давления был проведен П.П. Логачевым, В.П. Лисевичем, В.И. Маматовым. П.П. Логачев предсказал также возможность взрывного догорания ПАДов. Разработка пороховых аккумуляторов давления в целом легла на плечи С.Н. Грехова, а их конструктивное решение было выполнено Ю.П. Волковым, Е.П. Гуртовым, Э.М. Кокоулиным, В.В. Оглихом. Вся проектно-конструкторская и экспериментальная разработка осуществлялась Е.Н. Канунниковым, С.Я. Козиным, С.А. Уваровым и В.Н. Федоровым. Заключительный этап, связанный с экспериментальной отработкой в процессе проведения бросковых испытаний, проводился под руководством С.Я. Козина, С.А. Матюшенкова.

Однако такое простое перечисление основных этапов не проясняет сути тех оригинальных решений, благодаря которым состоялся минометный старт. Поэтому остановимся на некоторых из них, которые, как штрихи к общей характеристике, воссоздадут (пусть частично) ту невиданную конструкторскую эпопею.

В принятой схеме выбрасывания ракеты из шахты роль поршня выполнял специальный поддон. Справедливости ради следует отметить, что это название лишь в малой степени определяло роль, отводимую ему, в реализации минометного старта. Как уже отмечалось выше, терминология и в этом случае (в отличие от конструкции, которую она характеризует) далека от совершенства.

В действительности поддон представлял достаточно сложную пространственную тонкостенную конструкцию с диаметром, равным диаметру ракеты, а длина его составляла несколько метров. Исходный объем, который начинал заполняться газами, образовывали два сферических сегмента. Один из них — нижний — являлся, по сути, днищем контейнера, на нем располагались пороховые аккумуляторы давления. Ответный сегмент — днище поддона — выполнял роль поршня. Вместе верхнее и нижнее днища представляли фигуру чечевицеобразной формы. Рабочим телом, выталкивающим ракету из шахты, являлись газы, вырабатываемые пороховыми аккумуляторами давления.

Кроме разработки их конструкции, что само по себе представляло отдельную проблему, требовалось обеспечить оптимальный режим нарастания давления. Расчеты показали: одним аккумулятором давления это сделать невозможно. Поэтому пришлось предусмотреть второй, включавшийся через определенный промежуток времени после начала работы первого. Применение двухступенчатой схемы позволило обеспечить прогрессивный расход, следивший за увеличением объема, заполняемого газами в процессе выхода ракеты из шахты. В начале отработки ПАДов масса заряда на основании расчетов была определена в 75 килограмм. Но оказалось, что не учтены тепловые потери. И начался длительный процесс отработки: надо делать заряд, а его поставлял подмосковный НИИ, оснастку же для изготовления заряда делали в Днепропетровске. Итак, в конце концов, экспериментальным путем нашли потребную массу. Она оказалась равной 120 килограммам.

Об эффективности работы пороховых аккумуляторов давления свидетельствует такой факт: найденный суммарный вес заряда смесевого твердого топлива легко выталкивал из контейнера массу в 210 тонн со скоростью до 25 метров в секунду на высоту до 15–20 метров.

Однако прежде, чем отрабатывать режим нарастания давления, необходимо было установить величину максимальной перегрузки, возникающей в процессе выброса ракеты из контейнера. Ученые ЦНИИмашиностроения на основании проведенных исследований предлагали принять пятикратное увеличение веса. Анализ показал, что в этом случае сильно перетяжелялся корпус ракеты.

В конце концов, остановились на значении, равном 2,5. Эта перегрузка выбиралась на основе оптимизации по многим параметрам: скорости выхода из шахты, дальности полета, потребной массы для обеспечения несущей способности конструкции. Последнее обстоятельство имело особое значение, поскольку важно было для изготовления корпуса использовать традиционно применяемые материалы и не прибегать к высокопрочным типа специальных сталей.

При запуске ПАДов неизбежно взрывное догорание газов в воздухе, находящемся в чечевицеобразном пространстве, образуемом днищами поддона и контейнера. Эта опасность остроумно исключалась с помощью специальной гибкой разделительной диафрагмы — мембраны, закрепленной на нижнем днище.

В исходном положении диафрагма лежала на нижнем днище. Для перевода ее в верхнее положение, с целью вытеснения атмосферного воздуха, пришлось предусмотреть еще один пороховой аккумулятор давления. По мере нарастания давления пороховых газов диафрагма перекладывалась с нижнего днища к верхнему, вытесняя атмосферный воздух, при этом рабочий объем полностью заполнялся пороховыми газами аккумуляторов давления.

В процессе проработки конструкции вопросы нарастали, как снежный ком. Новые решения порождали, в свою очередь, очередные и новые проблемы. Так обнаружилось, что разделительная мембрана, исключавшая взрывное догорание, в силу собственной нежесткости на изгиб провисала при транспортировке и в процессе заполнения газами перекрывала отверстие для выхода воздуха, который она должна была вытеснять. Потребовалось над выходным отверстием соорудить специальный зонтик, устранявший выявленный недостаток. И это решение тоже было признано изобретением.

Много хлопот доставили ударные нагрузки, действующие на двигательный отсек первой (на конструкторском жаргоне — "хвост") ступени. Причиной были газы ПАДов. Отражаясь от стенок контейнера, они догоняли ракету и создавали дополнительные усилия, приводившие к разрушению "хвоста". Поэтому кривую, обеспечивающую прогрессивный расход газа, пришлось выбирать и с учетом фактических ударных нагрузок. Интенсивность нарастания давления должна была подчиняться противоречивым требованиям: с одной стороны из условий прочности ее следовало выбирать минимальной, но в то же время и такой, чтобы обеспечить достижение необходимой высоты в момент начала работы двигателей.

Остро стоял вопрос о запуске двигателя первой ступени в состоянии невесомости. Главный конструктор двигательной установки В.П. Глушко приводил веские доводы, что в том случае, когда перегрузка становится равной нулю, под действием сил упругости сжатый до этого корпус ракеты начинает "разжиматься". В результате возникают колебания, которые могут инициировать нестационарные колебательные процессы жидкости в топливных магистралях, что может привести к ненормальной работе двигателя. Однако эти опасения не подтвердились.

Для обеспечения надежного запуска двигателя первой ступени было найдено эффективное решение — горячий наддув баков, что позволило избавиться от ранее применявшейся сложной газобаллонной системы наддува баков. С этой целью через специальный электрогидроклапан в бак горючего, когда ракета еще находилась в пусковой установке, впрыскивался окислитель. В результате возникало поверхностное горение на уровне зеркала горючего. В момент повышения давления в подушке бака до требуемой величины срабатывал датчик контроля заданного уровня давления, который и отслеживал процесс. При запуске двигателя включался жидкостный газогенератор, и система подачи топлива начинала работать в нормальном режиме.

Сложной оказалась "проблема поддона": что с ним делать после выхода ракеты из шахты? Ведь это очень большая масса металла, которая выведет шахту из строя, если упадет обратно. Орешек был не из простых. Начались поиски того единственного оригинального подхода, который наиболее эффективно выполнил бы поставленную задачу. Говорят, что, когда к мудрецу обратились за советом, "как поймать тигра?", то он ответил: "Поймайте двух и одного выпустите". При решении "судьбы" поддона таких "тигров" было три.

Первое предложение сводилось к тому, чтобы поймать и удержать поддон, закрыв тем самым отверстие шахты. Однако расчеты показали, что для этого потребуются сооружения огромной материалоемкости. В.С. Степанов предложил закрыть шахту специальной крышей. И этот путь оказался тоже практически нереализуемым. Масса только одной крыши получалась около 460 тонн. Под такой тяжестью прежде всего развалилась бы шахта. В конце концов, альтернативы уводу поддона в сторону не оказалось. Решить эту проблему удалось с помощью установленного на нем порохового ракетного двигателя.

Идея увода поддона в сторону в дальнейшем при проектировании последней ракеты конструкторского бюро получит интересное развитие при создании боевого железнодорожного ракетного комплекса. Связана она с отводом в сторону от транспортно-пускового контейнера раскаленной струи газов ракетного двигателя путем наклона самой ракеты в момент запуска и начальный момент работы двигателя. Пуск ракеты в этом случае производился из контейнера, который в рабочем положении являлся, по сути, вертикально стоящей трубой, закрепленной ровно настолько, насколько платформа "закреплена" на железнодорожных рельсах. Понятно, что боковое возмущение, действующее на контейнер, могло свободно опрокинуть заодно с ним и саму платформу вагона, да и не только ее. Поэтому, несмотря на то, что запуск двигателей после выхода ракеты производился на достаточной высоте, во избежание любых непредвиденных обстоятельств решили изменить траекторию движения ракеты после выхода ее из контейнера, т. е. развернуть — наклонить на некоторый угол по отношению к оси контейнера. В результате струя газов двигателя истекала в сторону, не попадая на контейнер. Для этих целей на ракете установили пороховой ракетный двигатель, который и производил разворот ее на заданный угол.

Однако принятое решение не было удачным. Пороховой ракетный двигатель, оставаясь на ракете, во время дальнейшего полета становился дополнительным грузом, что, естественно, отражалось на дальности полета.

Как всегда бывает в таких случаях, если решение несовершенно, то должно существовать обязательно лучшее и обязательно более простое. Иначе оно не будет лучшим. И такое решение нашли. Попытаемся восстановить логику мышления, приведшую к необычному повороту мысли, в виде вопросов и ответов на них.

Отправное положение для развития новой идеи строилось в виде силлогизмов:

— Зачем обязательно нужно "возить" в полете дополнительный груз в виде уже выполнившего задачу двигателя?

— Но тогда его не следует устанавливать на ракету.

— А зачем в этом случае разворачивать ее?

— Но почему обязательно одну ракету?

— Значит вместе с поддоном?

И это уже было то решение, которое придавало конструкции совершенно новое качество. Пороховой ракетный двигатель перенесли на поддон. В результате не только была устранена возможная причина опрокидывания платформы с контейнером, но и ракета "избавилась" от лишнего веса.

Реализация минометного старта поставила в повестку дня много других принципиально новых задач. В частности, решен был и вопрос прочности и надежности промежуточного днища, разделявшего бак горючего и окислителя. Как часто бывает в таких случаях, возникшая проблема послужила толчком для создания новой технологии. Материаловеды предложили материал, состоявший из трех слоев — триметалл, который и был впервые применен в конструкции баков.

В любом новом деле всегда много неясного, и поэтому не обходится порой без того, что отдельные проблемы оказываются надуманными. Ведь само по себе явление должно оцениваться и количественными показателями при его проявлении в конкретной ситуации. Именно таким оказался вопрос об отраженной струе, высказанный аэродинамиками. По их версии, при запуске основного двигателя в состоянии невесомости реактивная струя газов, попадая в контейнер, должна была отражаться "от свистка" и, догоняя ракету, греть ее со всеми вытекающими последствиями. Однако результаты проведенных предварительных испытаний не подтвердили эту версию: ракета успевала улететь, а газы оказывались не так уж и опасны. Как говорится: не так страшен черт, как его малюют!

Новое направление было настолько необычным и настолько не укладывалось в традиционные представления обо всем предшествующем опыте создания ракетных комплексов, что инерция сложившегося мышления приводила порой к "пикантным" ситуациям. Так, после доклада на совещании у Главного конструктора ведущего проектанта Э.М. Кашанова о проблемах, возникающих при минометном старте ракеты, в частности, о запуске двигателей после выброса ракеты из пускового контейнера, один из заместителей М.К. Янгеля вдруг неожиданно задал недоуменный вопрос:

— А какая на земле может быть невесомость?

Как говорится в таких случаях: комментарии излишни.