Первый несостоявшийся проект большого космоса
Первый несостоявшийся проект большого космоса
В шестидесятых-семидесятых годах двадцатого столетия в кругу специалистов, связанных с ракетной техникой, для которых фигура С.П. Королева не была секретом, бытовал полушутливый вопрос, задававшийся явно на "засыпку":
— А вы знаете кому обязан Советский Союз успехам в космосе?
И получив очевидный ответ — Королеву, спрашивавший вразумлял неосведомленного, что "Главным конструктором" космического ракетоносителя по сути являлся первый заместитель Председателя Госэкономкомиссии СССР и одновременно Председатель Государственного комитета Совета Министров СССР В.А. Малышев, бывший до этого Министром среднего машиностроения, в котором сосредоточивалась вся атомная промышленность страны.
И далее следовал доверительный рассказ, примерное изложение содержания которого приводится ниже, о том, что скрывалось за всем этим..
В начале пятидесятых годов С.П. Королев стал вынашивать идею создания ракеты, способной доставить около трех тонн груза на расстояние до восьми тысяч километров. Первоначально рассматривались два варианта: двухступенчатая баллистическая ракета с жидкостными ракетными двигателями или гибридная, у которой первая ступень обычная жидкостная, а вторая крылатая с прямоточным двигателем.
В 1953 году С.П. Королев приходит к выводу, что оптимальной схемой сверхдальней (на тот момент) ракеты будет двухступенчатый баллистический вариант, и в конструкторском бюро начинаются ее эскизные проработки. Вскоре после испытаний водородной бомбы перспективными работами, связанными с развитием ракетной техники, заинтересовались возглавляемые В.А. Малышевым руководители атомной промышленности И.В. Курчатов, Ю.Б. Харитон, К.И. Щелкин, ставшие частыми гостями С.П. Королева. В один из очередных визитов В.А. Малышев приехал один. Именно в это посещение и состоялся судьбоносный для будущей космической программы Советского Союза разговор. Вот как описывает его Я.К. Голованов в книге "Королев":
"Совещание в довольно узком кругу. Малышев был необыкновенно жизнерадостен и оживлен, шутил, и на людей, мало его знающих, мог произвести впечатление человека легкомысленного и поверхностного. Но Королев понимал, что разрядка обстановки нужна ему для чего-то очень важного и "ухо надо держать востро". И он не ошибся.
— Так сколько весит ваша ракета? — небрежно спросил Малышев у Мишина.
— Примерно сто семьдесят тонн, — ответил Василий Павлович.
— И сколько же такая махина может поднять? — он обернулся к Крюкову[17].
— Около трех тонн, — ответил Сергей Сергеевич.
— Ну что это такое — три тонны? — Малышев с улыбкой смотрел на Королева.
— А что? Совсем неплохо, — дипломатично ответил Королев, понимая, что главное — впереди.
— Товарищи, — Малышев стал вдруг очень серьезным. — термоядерная бомба весит сегодня около шести тонн. Ваши три тонны — ни то, ни се. Шесть тонн. Ну, пять с половиной. Физики обещают этот вес уменьшить, но ориентироваться надо на шесть тонн. Я понимаю: никто никогда такой ракеты не делал. Так ведь бомбы такой тоже никто никогда не делал! Мы получаем абсолютное оружие: невероятной силы заряд, способный поразить любого потенциального противника.
— К сожалению, абсолютного оружия не бывает, — вздохнул Королев. — Завтра придумают что-то новое, еще более совершенное… Конца этому нет…
— Но согласитесь, Сергей Павлович, что мы будем иметь мощнейший ракетно-ядерный щит.
— Это понятно. Но представляете ли вы, что это такое: ракета, способная зашвырнуть в другое полушарие Земли шесть тонн?!
— Главное, чтобы вы, Сергей Павлович, это представляли, — засмеялся Малышев…".
После этого закипела работа в проектных подразделениях, которая показала, что форсировать задуманную ракету не удастся.
Когда Малышев через неделю снова приехал в конструкторское бюро, то С.П. Королев без обиняков заявил, что надо переделывать ракету. В ответ В.А. Малышев неожиданно предложил писать проект постановления ЦК КПСС и Совета Министров СССР о создании межконтинентальной ракеты.
Через неделю в рекордно короткий срок по всем меркам постановление Правительства по ракете Р-7 было подписано. Произошло это 20 мая 1954 года. Именно тогда была определена судьба двух эпохальных событий ХХ века: запуск первого в истории техники искусственного спутника Земли и полет первого землянина в космос.
Получив военный заказ государственной важности, С.П. Королев понимает, что наступает время осуществить самую сокровенную мечту всей его ракетной деятельности.
"В настоящее время все более близким и реальным кажется создание искусственного спутника Земли и ракетного корабля для полетов человека на большие высоты и для исследования межпланетного пространства" — так оценивает он итоги 1954 года.
Немало барьеров предстоит преодолеть, получить поддержку в Академии наук СССР и вышестоящих инстанциях, прежде чем 14 июня 1956 года С.П. Королев примет решение по компоновке модифицированной ракеты Р-7, способной вывести на орбиту спутник Земли.
Дальнейшее развитие событий по аналогии со спортивной терминологией можно определить как "рекордный забег на короткую дистанцию с препятствиями".
Вот хронология этих событий.
Ракету Р-7 начали "учить" летать 15 мая 1957 года. Первый блин комом. Ракета ушла со старта, начала набирать высоту, все уже ждали разделения ступеней. Однако ракета развалилась на куски из-за возгорания бокового блока. Вторая ракета 11 июня со старта не ушла. Как выяснили, на одной из магистралей клапан поставили "вверх ногами". Ровно через месяц 11 июля ракета пошла в зенит, но перед разделением ступеней опять развалилась на части. И опять досаднейшая причина: на одном из приборов системы управления перепутали полярности при сборке.
Успех пришел 21 августа 1957 года.
Головная часть ракеты долетела до Камчатки и разрушилась в процессе входа в плотные слои атмосферы. Это был большой успех, ознаменовавший рождение первой межконтинентальной баллистической ракеты.
А всего лишь через сорок три дня — 4 октября 1957 года был запущен первый искусственный спутник Земли в истории ракетной техники. Только лишь 314,5 секунды прошло со старта модифицированной "семерки" до отделения спутника на орбите. Эти сотни секунд ознаменовали вступление человечества в новую космическую эру. За первым последовали другие спутники, а 12 сентября 1959 года автоматическая станция "Луна-2" достигла поверхности Луны.
К сожалению, до этого триумфа советской ракетной техники не дожил "Главный конструктор", по настоянию которого была предопределена судьба ракеты, не оставившей заметного следа в военной технике, но сыгравшей выдающуюся роль в развитии космонавтики.
В.А. Малышев окончил земной путь 20 февраля 1957 года, не дожив полгода до первого успешного запуска "семерки".
Так, по прошествии десятилетий, когда был приподнят занавес секретности, стала общедоступной информация об истории самой престижной по современным меркам области техники на начальном этапе ее развития. Создай атомщики заряд "полегче", и неизвестно как бы повернулись события. Общеизвестно и то, что все запуски космонавтов в СССР а затем России, начиная с Ю.А. Гагарина и до сегодняшних дней, осуществляются ставшей легендарной "семеркой", которая предназначалась для несения термоядерного заряда.
Таким образом, к шестидесятым годам Советский Союз становится одним из лидеров практического применения реактивного движения. Налицо несомненные успехи, изумлявшие мир.
Все это настроило на воинственный лад главу государства Н.С. Хрущева. Обещая показать миру капитала ставшую знаменитой после его громогласных заявлений, "кузькину мать", он с высокой трибуны Организации Объединенных Наций громыхнул сенсационным заявлением о том, что его страна имеет самые мощные в мире средства доставки, способные донести заряд огромнейшей разрушающей силы до любой точки планеты.
С позиций фактического состояния дел руководитель страны опирался на уже ведшиеся в то время работы по ракетам, позволявшим доставлять к цели заряды мощности примерно в сто раз больше тех, которые сбрасывались на Хиросиму и Нагасаки.
Вместе с тем, именно в это время в трех ведущих конструкторских бюро, возглавлявшихся С.П. Королевым, В.Н. Челомеем и М.К. Янгелем, одновременно велись крупномасштабные проектные проработки, связанные с обоснованием конструкций носителей, способных нести перспективные заряды сверхбольшой мощности (несколько десятков мегатонн), над которыми работали атомщики.
С.П. Королев пытается откликнуться на не подкрепленное техническими решениями заявление Н.С. Хрущева и приступает к разработке ракеты-носителя со стартовым весом более двух тысяч тонн, способной вывести на орбиту 60-тонный бомбардировщик. Идея проста: один "нырок" — и "какая-нибудь Америка" накрыта полностью.
В.Н. Челомей приступает к разработке ракеты УР-500, получившей впоследствии название "Протон", стартовый вес которой равен порядка 600 тонн, и заверяет руководство страны, что с помощью создаваемого проекта сможет решить все необходимые задачи. Время покажет, что этот носитель станет надежным и основным, которым будут доставляться грузовые модули — транспортные корабли, а также выводиться на орбиту спутники определенного класса. Но возможности его окажутся ограниченными и ракета не получит дальнейшего развития в модификациях.
Аналогичные проектные разработки ведутся и в конструкторском бюро М.К. Янгеля. Рассматривается вариант тяжелой ракеты РК-100 весом свыше 2000 тонн с наземным стартом.
Насколько большое внимание придавал начавшимся работам Главный конструктор следует из того факта, что для этих целей был создан специальный сектор во главе с опытным проектантом М.И. Кормильцевым, предложившим немало интересных решений.
На начальном этапе ракета рассматривалась как военный носитель, способный доставить заряд огромной разрушающей силы. Однако сразу же имелось в виду и второе ее назначение, которое, как считали станет в будущем основной ее функцией: в качестве космического носителя для доставки различных объектов на орбиты искусственных спутников Земли. Это нашло свое отражение и в сокращенном названии — РК — ракета космическая, а цифра "100" — выводимый полезный груз. Предполагалось с ее помощью в дальнейшем осуществить и полет к Луне.
Это была перспективная идея М.К Янгеля. Работе подразделения, занимавшегося новой темой, он уделял большое внимание. Три-четыре раза в неделю заходил Михаил Кузьмич в проектно-конструкторский сектор вначале с начальником проектного отдела В.М. Ковтуненко, а потом почти всегда один. Интересовался ходом разработки, рассматриваемыми вариантами, подходил к кульманам, беседовал непосредственно с исполнителями, советовал, критиковал. В непринужденных разговорах он неуклонно проводил мысль об огромном значении для страны космических исследований, о том, что не всегда боевая тематика будет основной для конструкторского бюро и что именно космическому направлению принадлежит будущее.
На начальной стадии проектирования — этапе поиска, прорабатывалось около двух десятков различных компоновочных схем ракеты-носителя. Любой сотрудник небольшого, но дружного коллектива энтузиастов мог предложить свой вариант решения. Все они рассматривались на "техническом совете" сектора, для участия в работе которого приглашались ведущие специалисты расчетно-теоретических отделов: баллистиков, аэродинамиков, тепловиков, прочнистов и эксплуатационщиков.
В конце концов к детальной проработке приняли вариант, в котором компоновка решалась на основе пакетно-последовательной схемы. Несомненно большим преимуществом проекта по сравнению с разработчиками других Главных конструкторов, должна была явиться идея использования унифицированных блоков диаметром три метра первой ступени межконтинентальной ракеты Р-16, находившихся в то время в процессе отработки на Южном машиностроительном заводе в Днепропетровске.
В центре пакета устанавливался блок второй ступени, а вокруг него по схеме "плотной упаковки" размещались шесть "боковушек", представлявших отделяющиеся части первой ступени. Оси всех "боковушек" были параллельны оси центрального блока второй ступени. Третья ступень, также диаметром три метра, устанавливалась на передний торец блока второй ступени. Космический аппарат располагался на переднем торце третьей ступени под обтекателем того же диаметра. Предусматривалось, при необходимости, использование обтекателей больших диаметров. К числу интересных решений несомненно относилась подвесная схема крепления блока второй ступени, исключавшая возможность возникновения в нем при полете первой ступени наиболее неблагоприятных сжимающих усилий. В конструкции блоков предполагалось использовать наиболее перспективные материалы и полуфабрикаты: прессованные профили, панели и др.
Несмотря на то (как покажет дальнейшее развитие событий), что проекту суждено будет пылиться на книжных полках секретной библиотеки, да еще под грозным грифом секретности, а посему к нему будет допущен ограниченный круг лиц, работы над носителем РК-100 окажутся важным периодом развития для всей последующей деятельности конструкторского бюро.
В процессе проектирования, как и в любом неизведанном деле, возник целый ряд новых научно-технических проблем. Впервые был поставлен один из сложнейших вопросов об обеспечении надежного, одновременного запуска большого количества камер. А на первой ступени их было двадцать четыре: в каждом блоке четыре, умноженные на число блоков — шесть. Неодновременность выхода на режим даже всего одной камеры могла привести к самым непредсказуемым последствиям.
С другой стороны связка из шести блоков представляла сложную динамическую систему. В такой конструкции могли возникнуть неожиданные резонансные явления и не менее опасные, как и для любого сооружения, вибрации. Это потребовало отработки динамики пакета, каковым, по сути, являлась первая ступень ракеты. В лабораторных условиях на модели, имитировавшей реальную конструкцию, "провоцировались" различного рода возмущения и изучался отклик на них конструкции, связывавшей блоки в единое целое. На языке специалистов — проводилась отработка параметров элементов пакетной схемы.
При работе над проектом было одно техническое решение, которому суждено было сыграть важную роль в будущем. Связано оно оказалось с проблемой запуска ракетного двигателя в условиях невесомости при выводе третьей ступени на промежуточную орбиту спутника. Для обеспечения точных параметров скорости полета и предотвращения возникновения боковых возмущений в момент разделения на второй ступени предусматривалось установить двигатели с малой тягой, которые и должны были осуществить доводку траектории отделяющегося объекта до точных параметров движения. Но, как это часто бывает, решение одной проблемы сразу выдвинуло на повестку дня другую, не менее сложную: запуск двигателей малой тяги приходилось осуществлять в условиях невесомости. А жидкость в невесомости ведет себя так же, как тело космонавта в кабине космического корабля. Она плавает во взвешенном состоянии. Это известно еще из школьной программы по физике. Если жидкость обладает хорошей смачиваемостью, то часть ее может прилипнуть к стенкам топливного бака, а часть — осуществлять свободное "парение" в виде шароподобных образований. Отсюда берут истоки и все последующие проблемы: вместе с топливом в подающую магистраль жидкостного ракетного двигателя могут устремиться газовые пузыри. В результате двигатель, "захлебнувшись", выйдет из строя. Для устойчивой его работы необходимо обеспечить подачу компонентов топлива под определенным давлением и неразрывной струей. А это уже конкретизировало задачу: в условиях невесомости надо найти надежный способ разделения продуктов наддува и компонентов топлива.
Пытливый ум изобретателя предложил оригинальное решение проблемы: жидкость из топливных бачков вытеснялась специальными мягкими (наподобие детского надувного шарика) оболочками-мембранами, приводимыми в движение сжатыми газами. Так родилась конструкция "стартера" для обеспечения условий запуска двигателя в условиях невесомости. Ее автором был инженер И.Л. Лось. Идея оказалась очень плодотворной и впоследствии неоднократно применялась при решении многих подобных задач, получив название "система малой тяги".
Проектирование велось широким фронтом. Интересно, что в молодом конструкторском бюро к работам была привлечена большая группа вчерашних выпускников вузов и, в первую очередь, набиравшего силу физико-технического факультета Днепропетровского госуниверситета. Многим из них такая задача была поставлена как тема коллективного дипломного проекта.
И опять, как и при проектировании первых баллистических ракет, столкнулись с информационным голодом, отсутствием литературы по самым, казалось, простым исходным материалам проектирования конструкций подобного класса.
Вспоминая тот насыщенный интересной творческой работой период, один из участников этой эпопеи инженер С.С. Кавелин рассказывает:
"В процессе работы над проектом нужно было оперативно подбирать нужные характеристики при проведении оптимизации ступеней в зависимости от веса выводимого груза. Молодые специалисты не имели никакого опыта в данной области. Попытались использовать в качестве аналога данные по королевской "семерке". Но это мало что давало. Один пример — не статистика. Проблему отдали на откуп инженеру Л.П. Сидельникову. Попытки найти в библиотеке, где хранилась секретная литература, какие-то рекомендации, относящиеся к этому вопросу, ни к чему не привели. И вдруг луч надежды. Причем в открытой библиотеке для общего пользования среди переводных статей по американским источникам в сборнике под названием "Исследование оптимальных режимов ракет" настойчивый инженер обнаружил иностранную статью, в которой предлагались рекомендации для определения максимального полезного веса выводимой на орбиту нагрузки при заданном общем стартовом весе, как функции количества ступеней, их относительного начального веса и относительного веса собственно конструкций.
Вроде бы то, что нужно. И хотя представленный в ней подход не укладывался в предполагаемые коэффициенты проектировавшейся ракеты, но зато натолкнул на нужную мысль. Сложность заключалась еще и в том, что необходимо было учитывать всякого рода "паразитные" веса (система управления, остатки незаборов, гарантийные остатки и другие). В результате разработали свою довольно простую методику оптимизации. Вначале просчитывали веса в первом приближении. Получали какие-то исходные параметры. Это давало возможность рассчитать более точно конструкцию на прочность. Так методом приближений добрались до истины. Техника же проведения расчетов по сегодняшним меркам даже не укладывается в понятие "рутинная". Кроме механических "Мерседесов" и "Рейнметаллов" ничего не было. И несмотря на это удавалось в течение нескольких минут получать необходимые данные. Впоследствии специалисты по баллистике на основе строгих оптимизационных подходов контролировали эти расчеты на ЭЦВМ "Урал" — самой совершенной на тот момент вычислительной машине. По их точной методике на проведение этих расчетов требовалось около суток, а разница получалась лишь в третьем знаке. Кстати этот подход в дальнейшем использовали "под горячую руку" для существовавших уже проектов 63С1 и 65С3 и обнаружили, что они отнюдь не оптимальны при распределении весов по ступеням. Но тому была своя объективная причина, связанная с тем, что в качестве первой ступени использовались уже готовые боевые носители.
По свидетельству очевидцев, проект РК-100 получился чересчур масштабным. Фактически в далеком шестидесятом выходили уже на уровень проекта будущей "Энергии".
О том, что это было необычно для того времени, свидетельствует даже реакция Главного. Когда ему принесли прорисовки окончательных контуров предлагавшейся системы, он схватился за голову:
— Что это за дура? Это товарный вагон. Кому он нужен в космосе? — удивленно комментировал он, рассматривая чертежи.
Несмотря на то, что разработка ракеты РК-100 дошла до стадии конструкторских прорисовок узлов, связывающих блоки в единую систему, закольцовки топливных магистралей двигателей, обеспечивающих подачу компонентов в турбонасосные агрегаты, М.К. Янгель (а независимо от него и С.П. Королев) приходит к выводу о бессмысленности возникшей гонки, порожденной необоснованной гигантоманией, охватившей главных конструкторов и свидетельствующей, что проектирование приобрело уродливые формы."