От кого зависит надежность
От кого зависит надежность
Одним из важнейших показателей совершенства ракеты является ее надежность. По имеющимся данным из 163 стартов носителя 63С1 удачными были 144. Это определяет уровень надежности, соответствующей 88,4 процентам. Причем наибольшее число аварий происходило в первые годы эксплуатации. Но когда называют цифры неудачных пусков, то относят их автоматически к ракете, а следовательно, в конечном итоге, к ее создателям. Однако в том-то и заключается неопределенность ситуации, что не несовершенство конструкции в каждом конкретном случае может быть причиной отказа.
Непредвиденные ситуации возникают и из-за отсутствия технической грамотности или даже из-за нечеткой системы служебных взаимоотношений и должной информации среди подразделений конструкторского бюро, которые "подстерегали" носитель 63С1 при первых попытках запустить с его помощью спутник.
Сложная обстановка, вызванная чисто заводским дефектом, возникла при подготовке к первому пуску модифицированной ракеты-носителя "Циклон-2". 5 августа 1969 года на полигоне Байконур была тропическая жара: днем столбик термометра преодолевает отметку сорок градусов. Заправка всегда одна из ответственнейших операций. В целях безопасности ее производили покомпонентно: сначала окислитель, а затем горючее. И вдруг из бака окислителя выплеснулась азотная кислота, образовав лужу на бетонной площадке. Причина — не сработала бортовая система, осуществлявшая контроль за наполнением бака. Однако это было только начало неприятностей. Когда стали заправлять горючее, — снова перелив из бака той же первой ступени. Поскольку компоненты были самовоспламеняющиеся, то произошло самовозгорание. Огненные языки пламени взметнулись вверх. Возникла критическая ситуация, которая могла привести к взрыву ракеты на старте. Об этом все знали хорошо. Поэтому за считанные секунды спецтранспорт, находившийся у забора стартовой площадки, как ветром сдуло. Приняли все меры покинуть опасную зону и члены Государственной комиссии, воспользовавшись персональным транспортом. Однако, благодаря смелым и решительным действиям находившейся на старте и безотказно сработавшей противопожарной команде, пожар удалось ликвидировать и избежать самого страшного — авария с самыми тяжелыми последствиями была предотвращена.
Оперативный анализ показал, что три бака заполнены. Необходима дозаправка бака горючего второй ступени. Но кто может гарантировать, что и на сей раз не подведет система контроля заполнения. Тогда дозаправляться придется "вслепую". В результате из-за отсутствия информации об объеме газовой подушки, могла возникнуть ошибка в расчете соотношения давлений в баках второй ступени, что, в свою очередь, приводило к деформации промежуточного днища. И снова опасность взрыва. Пуск же ракеты с недозаправленным баком из-за усиленного расхода окислителя влек за собой выход из строя двигателя. А это опять авария. Стоявшая на стартовом столе и "ждавшая" свою судьбу ракета между тем проявляла свой норов, напоминая о той гигантской силе, которая в ней заключена: из дренажных клапанов угрожающе извергались клубы опаснейшего для здоровья человека рыжего дыма паров азотной кислоты. Что это: предупреждающий симптом печального финала или лишь предостережение — вызов испытателям, требование принимать продуманное решение?
Между тем наступили сумерки. Времени для консультации со специалистами конструкторского бюро уже почти не оставалось. Однако необходимо принимать решение, заправленная ракета не может долго стоять на старте. А выбор небольшой. Решений всего может быть только два. Самое простое в создавшейся обстановке и гарантирующее от всяких неприятностей — слить компоненты из баков, погрузить ракету в вагон и отправить на завод для переборки. Перестраховщик, человек, боящийся принимать ответственные решения, не мучил бы себя, и был бы прав практически. Во всяком случае, у руководства не оказалось бы оснований для принятия репрессивных мер. И это, несмотря на то, что в подобном случае предстоят транспортировка, разборка, промывка баков, последующая сборка и вновь проведение всех регламентных работ и повторное путешествие на полигон.
В общем, подумать есть о чем: переборка со всеми сопутствующими операциями — это все же не изготовление ракеты с нуля.
Но как бы ни был смел принимающий решение, воодушевляемый призывом: "Кто не рискует — тот не пьет шампанского", он должен помнить о другой народной мудрости: "Не зная брода — не лезь в воду!" Риск на голом месте — фактически игра в орла и решку: угадал — не угадал. Инженерный риск — это осознанный акт, опирающийся на такие важнейшие компоненты, как знание, трезвый расчет, основанный на всесторонней оценке возможных "pro et contra", глубоком понимании действующих факторов и возможных последствий. И, конечно, на палочке-выручалочке — инженерном чутье. Это проявление того таинства человеческого Я, которое не поддается никакому анализу, в котором тоже проявляется феномен интуиции.
После бессонной ночи утром состоялось оперативное совещание. Технический руководитель испытаний сообщил:
— Ночью я связывался с Днепропетровском. Михаила Кузьмича нет, а его заместители считают, что отказ налицо, а посему испытания прекратить и ракету отправить на завод. Если же мы найдем возможность продолжить испытания, то подчеркнули, что при любом исходе этого разговора не было. Но отвечать за все последствия будем персонально мы.
Испытатель А.А. Михальцов, как всегда, медленно, с паузой после каждого слова четко изложил свою позицию:
— Я считаю, что испытания надо продолжить. За время транспортировки на завод дефект может самоустраниться. Я верю ребятам, мы сумеем дозаправить "вслепую".
Специалист по баллистическим расчетам Э.П. Компаниец за прошедшую ночь не только провел необходимые расчеты, но и успел переговорить с каждым, предлагая идти на пуск. Его речь была конкретной и убежденной:
— Чтобы аппарат совершил хотя бы один виток, необходимо дозаправить всего лишь шестьсот литров. Я сам проверил все выкладки. У нас есть запас.
Названный объем дозаправки вызвал возражение у М.Л. Волошина, отвечавшего за пневмогидравлическую систему, обеспечивающую питание двигателя:
— Шестьсот литров слишком много. А что если газовая подушка в баке окажется меньше допустимой. Тогда двигатель второй ступени не запустится, и ракета автоматически подорвется.
Неожиданно прозвучал громкий голос дежурного по воинской части:
— Через тридцать минут заседание Государственной комиссии.
Конечно, принять такое важное решение молодой технический руководитель (а он девять лет назад окончил вуз) мог, только опираясь на поддержку коллег и смежников, участвовавших в подготовке ракеты к пуску и, несомненно, получив определенный карт-бланш у своего руководства. Уж слишком велика была ставка. И тем не менее именно он взял на себя ответственность.
Заседание Государственной комиссии продолжалось более двух часов. Были проанализированы все расчеты и заключения, подготовленные за ночь.
Последнее слово, после бурных обсуждений, за техническим руководителем испытаний, который четко и решительно произнес:
— Идем на пуск!
Что происходило дальше на старте эмоционально передал инженер Н.К. Сорокин:
"Дозаправку провели в два приема по триста литров. Это были самые долгие минуты за мои шестьдесят лет жизни, самые напряженные. Большинство членов пусковой бригады толпились в проеме пультовой контроля заправки… Истекала последняя минута дозаправки, и вдруг вопль: "Внимание". Это означало, что система контроля сработала. Появился первый уровень с романтическим названием "Внимание". Все бросились в пультовую. Говорят, что искренне радоваться могут только дети. Я утверждаю, что после стрессовой ситуации взрослые также могут радоваться, как дети".
Что переживали испытатели в последующие предстартовые мгновения: и когда состоялась команда на пуск, и когда ракета, вырвавшись из моря огня и дыма, устремилась решительно вверх, но весь дальнейший полет происходил без замечаний. Ракета не подвела испытателей. Шампанское состоялось. А когда поступила расшифрованная телеметрическая информация, то стало ясно, что задача первого пуска выполнена полностью, на сто процентов.
Свою трактовку результата пуска предложили изобретательные острословы:
— Задача пуска выполнена больше чем на сто процентов. Ведь его программой не планировалась проверка противопожарной системы.
К этому следует добавить, что историкам государства Украина будет интересно знать, что техническим руководителем испытаний, принявшим ответственное решение, был будущий Президент Украины Л.Д. Кучма.
Продолжая затронутую тему о надежности пусков, обратимся еще к одной показательной истории. Можно ли за одну и ту же конструкцию в процессе ее отработки получить три раза премию, если в результате все вернется на круги своя, то есть к исходному варианту?
Именно такая ситуация сложилась при отработке обтекателя для ракеты-носителя 63С1. Первая премия, как и положено, — за успешное решение поставленной задачи, в данном случае — за разработку конструкции обтекателя.
В процессе запуска спутников обтекатель зарекомендовал себя с самой лучшей стороны. Замечаний по его функционированию в процессе раскрытия и сбрасывания створок не было. Но на определенном этапе работ возникла необходимость увеличения массы вновь создаваемых спутников. При существующей неизменной энергетике ракеты это требование можно было реализовать только за счет уменьшения общей массы носителя.
Проведенные проработки показали, что недостающий резерв массы может быть получен за счет уменьшения толщины оболочки обтекателя. В результате всесторонних исследований было установлено, что фактически действующие на обтекатель нагрузки в полете, а это, в основном, аэродинамическое давление, оказались несколько ниже тех, которые закладывались в проект. Кроме того, при оценке прочности было принято решение принять во внимание поддерживающее влияние теплозащитного покрытия, которое наносилось на полуоболочки обтекателя для защиты несущей конструкции от разогрева при преодолении плотных слоев атмосферы. Все это дало возможность несколько уменьшить толщину листа металла, из которого изготавливались створки. Образовавшийся резерв веса и был использован при проектировании новых спутников.
За работу по облегчению конструкции была присуждена вторая премия. Последовавшие успешные запуски спутников подтвердили правильность принятого решения.
Однако через некоторое, достаточно продолжительное время два очередных пуска оказались аварийными. Причина — разрушение обтекателя (потеря устойчивости, на языке специалистов) под действием аэродинамического давления, возникающего при прохождении плотных слоев атмосферы.
Выяснение причин аварий дало неожиданные результаты. Оказалось, что аэродинамиками при определении действующего внешнего давления набегающего потока в полете не была учтена возможность отсоса воздуха из внутренней полости обтекателя. Вдобавок на Пермском механическом заводе, где серийно изготавливались носители, при изготовлении были нарушения технологии изготовления обтекателей, приведшие к ухудшению качества их поверхности и приклейки теплозащитного покрытия. В довершение исходный лист металла, из которого изготавливался обтекатель, поставлялся с большим отклонением по толщине. Все эти факторы и сказались решающим образом на несущей способности обтекателя. Так возникла необходимость упрочнения конструкции. А поскольку вопрос получил широкую огласку, то на сей раз были проведены широкомасштабные исследования в принципиально новой постановке, которые до этого не проводились вообще. При испытаниях на прочность в специальном приспособлении нагружение внешним давлением осуществлялось не водой, как это принято, а воздухом, что составляло большую проблему по технике безопасности: система с воздухом, особенно если речь идет об испытании до разрушения, — это своего рода бомба. Кроме того, по требованию Заказчика были проведены уникальные испытания в подмосковном НИИ: аэродинамическое давление на обтекатель создавалось за счет разгона обтекателя под действием реактивных двигателей на специальном разгонном треке.
В результате проведенных работ, для исключения всех возможных непредвиденных ситуаций, было принято решение вернуться к исходной толщине листа, из которого изготавливался обтекатель, то есть к той, которая была заложена в эскизном проекте. И этот этап проведенных работ, теперь уже по упрочнению конструкции, как и положено, тоже был отмечен премией.
После проведения дополнительных доработок носитель с упрочненным обтекателем был подготовлен к новому старту.
Однако история серии несостоявшихся запусков на этом не закончилась. Вся предстартовая подготовка ракеты с доработанным обтекателем прошла без замечаний, в нормальном режиме. После подачи команды на эвакуацию все транспортные средства с обслуживающим персоналом проследовали по бетонке на безопасное расстояние. Прорваны разделительные мембраны в двигатель первой ступени по линии окислителя и горючего. Сейчас по команде "Пуск" должна отойти кабель-мачта, и носитель окажется предоставленным самому себе. Но на сей раз команда на отделение кабель-мачты прошла, а она не сдвинулась с места, и старт не состоялся.
Разгадка наступила быстро, и причина оказалась до обидного простой. Не сработал шариковый замок, с помощью которого осуществлялась связь кабель-мачты с корпусом ракеты. Тот самый, от которого отказались еще в 1957 году после первых пусков ракеты Р-12. И когда раскрыли замок, то убедились, что как и тогда, в ставших уже прошедшим этапом в ракетостроении годах, произошло вдавливание шариков в корпус замка и последовавшее заклинивание последнего.
Однако о работах по выяснению причин имевших место ненормальных отделений головной части ракеты Р-12 эксплуатационщики, естественно, не знали. Поэтому шариковый замок на кабель-мачте остался. Правда, в процессе пусков он и не вызывал нареканий. Конструкция его предварительным силовым нагрузкам до срабатывания не подвергалась, и он работал исправно.
И вот через восемь лет (в 1965 году) шариковый замок напомнил о себе вновь.
В новой конструкции шариковый замок использовали как механизм расстыковки разъема устанавливаемой на кабель-мачте четырехштуцерной колодки, служившей для подачи сжатых газов (азота и гелия) в систему управления клапанами и для наддува топливных баков второй ступени ракеты-носителя. Колодка устанавливалась на хвостовом отсеке второй ступени и отстыковывалась при прохождении команды "Пуск" после прорыва мембран в двигателе первой ступени носителя. При этом все дальнейшие команды после нажатия кнопки "Пуск" проходили автоматически.
На сей раз четырехштуцерная колодка не отстыковывалась, и в результате прошла команда "Отбой". Пуск не состоялся. А это значит — впереди сложнейшая операция слива компонентов топлива, снятия ракеты с пускового стола и отправка ее на завод для переборки.
В чем же была причина в этом случае? Ведь разъем не являлся силовым элементом, а потому механическим усилиям в процессе эксплуатации, как это было на ракете Р-12, когда с его помощью головная часть пристыковывалась к корпусу ракеты, не подвергался. Проследив весь цикл операций от начала стыковки разъема, довольно быстро нашли причину несрабатывания. Выяснили, что по технологическому процессу затяжку шарикового замка при стыковке необходимо было проводить специальным моментным ключом, ограничивающим усилие, приходящееся на болт. Рабочий же, производивший сборку, не стал утруждать себя использованием специального инструмента и вместо моментного воспользовался обычным рожковым ключом, приложив к замку "от души" свою богатырскую силу. В результате замок был сильно перетянут, произошло заедание шариков, а подаваемого давления в пятьдесят атмосфер на шток замка для его раскрытия оказалось недостаточно.
Шариковый замок после этого случая в конструкции остался, но отныне его затяжка при сборке была под особым контролем. А на следующей, после несостоявшегося пуска, ракете для страховки (обеспечения гарантированной надежности) прикрепили к штоку замка веревку, за которую должен был дернуть специально приставленный для этого инженер, если опять не сработает шариковый замок. Но на сей раз все обошлось.
Из истории ракетной техники известно, что замки аналогичной конструкции применялись на спускаемых космических аппаратах. По другой причине и при других обстоятельствах проявилась ненадежность их в сложных условиях вхождения спускаемого аппарата в плотные слои атмосферы. Но в этом случае происшедшее преждевременное срабатывание стоило жизни трем космонавтам.
Заканчивая историю отработки обтекателя ракеты-носителя 63С1, остается обсудить лишь один вопрос: можно ли все описанные пуски отнести за счет надежности (вернее ненадежности) носителя? Рассмотренные отказы были обусловлены не недостатками конструкций, а в одном случае несрабатыванием бортовой системы, осуществлявшей контроль за наполнением бака, а в другом — ошибкой аэродинамиков (и это была главная причина) при определении внешнего избыточного давления на обтекатель в полете, вдобавок совпавшей с нарушением технологического процесса, связанного с изготовлением на заводе, и, наконец, несоблюдением предписанной операции при предстартовой подготовке, приведшей к перетяжке замка.
Все это говорит лишь о том, что статистика — вещь упрямая. Но последней инстанцией надежности ее считать нельзя, она имеет свое внутреннее содержание. Надежность, перефразируя известную сентенцию о востоке, — дело тонкое. Свою лепту в "дискредитацию" надежности ракеты при эксплуатации конкретной конструкции вносит (а опыт подсказывает довольно часто) чисто человеческий фактор, который порой непредсказуем.