Как отрабатывались системы
Как отрабатывались системы
Созданные в конструкторском бюро "Южное" и принятые на вооружение ракеты отличались высокой надежностью в эксплуатации. Это стало возможным благодаря всесторонней, тщательной и комплексной отработке узлов и агрегатов в лабораторных условиях и на специальных стендах, целью которой являлось подтверждение правильности принятых решений.
Понимая всю важность этого этапа становления совершенства создаваемых ракет, М.К. Янгель с первых шагов своей конструкторской деятельности поставил перед коллективом задачу организации собственной инженерно-исследовательской лабораторно-испытательной базы. В результате в кратчайшие сроки возникает куст экспериментальных подразделений, в которых производится широкомасштабная отработка будущих ракет. Это, прежде всего, лаборатории статических и динамических испытаний прочности ракет, отработки элементов пневмогидравлических схем, стенды для проливки топливных систем и стенды для огневых испытаний жидкостных и твердотопливных двигателей, лаборатории климатических испытаний, антенный зал. Был разработан и создан уникальный испытательный комплекс, на котором воспроизводились нагрузки, возникающие при транспортировке ракеты, и подвижная лаборатория для испытаний в натурных условиях при перевозке по железной дороге. Для создания условий, отличных от земных, испытательное оборудование стало пополняться барокамерами и центрифугами, позволявшими имитировать внеземные условия, приближающиеся к космическим.
Впервые в лабораторных условиях было реализовано силовое нагружение конструкций, моделирующих корпус головной части неравномерным, типа аэродинамического, поверхностным внешним давлением. Был разработан и создан не имевший аналогов стенд, на котором за счет пропускания электрического тока удалось имитировать разогрев и разрушение теплозащитного покрытия, нанесенного на металлические образцы с одновременным силовым нагружением. Эти исследования подтвердили обоснованность расчетной схемы, учитывающей влияние теплозащитного покрытия при определении прочности конструкции корпуса головной части.
Параллельно с развитием собственной экспериментальной базы были предложены и внедрены в практику новые и во многом оригинальные в методологическом плане подходы к отработке функционирования различных систем и агрегатов, работающих в стандартных условиях при экстремальных параметрах нагружения и экстремальных условиях окружающей среды. Эти испытания, как правило, проводились в смежных организациях, а способы и методы их реализации отличались большим разнообразием.
Для отработки запуска двигателя в невесомости и системы ориентации и стабилизации головной части широко использовались самолеты и вертолеты. Впервые была разработана и отработана комплексная методика бросковых испытаний для отработки минометного старта ракеты и процессов, связанных с разделением головных частей, широкое развитие получили функциональные испытания для отработки отстрела и раскрытия конструктивных элементов ракет. Проводились испытания на функционирование и прочность, при которых нагрузки создавались за счет разгона на специальных ракетных треках. Важная новая проблема возникла при отработке стойкости головных частей к поражающим факторам ядерного взрыва. Для имитации нагрузок, возникающих при воздействии рентгеновского излучения, использовалось пластиковое взрывчатое вещество, которое наносилось на боковую поверхность корпуса. Испытания проводились в специальных боксах.
Снимаемые с вооружения ракеты использовались для отработки как систем противоракетной обороны, так и средств преодоления ПРО противника. Наибольшее количество летных испытаний по сохранному приземлению головных частей в районе падения с помощью парашютных систем осуществлено в конструкторском бюро М.К. Янгеля.
Широкое развитие в конструкциях ракет получил принцип унификации. Это, в первую очередь, преемственность принципиально новых решений, а также максимальное использование наиболее удачных отработанных элементов конструкций, применение существующей оснастки для изготовления проектируемых ракет. Особо следует подчеркнуть, что принятые базовые диаметры ракет и схема построения ступеней существенно ускорили разработку новых машин. В практике проектирования использовались унифицированные для ракет различного класса боевые блоки, блоки жидкостных и твердотопливных ракетных двигателей, а в последующем и унифицированная разделяющаяся головная часть для трех вариантов комплектации боевыми блоками различного класса. Широко применялись ставшие стандартными разрывные болты, пиротехнические устройства и элементы автоматики.
Для реализации преимуществ, связанных с переходом на высококипящие компоненты топлива, были разработаны и последовательно внедрены многие принципиально новые конструктивные решения. Важными шагами в совершенствовании пневмогидравлической схемы ракеты стали работа турбонасосного агрегата непосредственно от основных компонентов топлива, наддув топливных баков продуктами сгорания топлива, а затем применение предварительного химического наддува баков. Следующим этапом явилось введение на топливных магистралях мембран, замена плоскопрокладочных, ниппельных и резьбовых соединений на штуцерно-торцевые и сварные, введение триметаллического разделительного днища в топливном отсеке. Осуществлена была также герметизация приборного отсека. Все это подготовило почву для создания ампулизированной ракеты с высокой степенью герметичности, которую контролировала дистанционная система определения загазованности.
Предметом особого внимания при проектировании всегда был процесс разделения первой ступени от второй. Для уменьшения неучтенного участка траектории после прохождения команды на разделение и подрыв разрывных болтов необходимо как можно быстрее начать полет второй ступени.
Первоначально был отработан самый простой вариант — разделение с помощью использования специально устанавливаемых для этих целей пороховых ракетных двигателей. Но это дополнительный вес.
Поиски более экономичных путей привели к анализу всегда имеющихся внутренних резервов. Для этих целей стали использовать силу отбрасываемых в межступенное пространство газов работающего двигателя второй ступени. Кроме того, был отработан вариант: специально запускавшиеся аккумуляторы давления. Такая динамика процесса разведения ступеней получила название "горячего" разделения.
Не остался без внимания и "холодный" способ, основанный на использовании избыточного давления в баках отделявшихся частей первой ступени. В этом случае газы под давлением поступали в специальные сопла, которые выполняли роль реактивного двигателя, осуществлявшего торможение отделившихся частей.
В серьезную техническую проблему вылились возникающие в полете колебания жидкости в баках. Они влияли на устойчивость полета ракеты, создавая дополнительные трудности в работе автомата стабилизации и обеспечения безопасности полета. На определенных режимах частота колебаний оставшейся в баках жидкости могла совпасть с собственной частотой колебаний корпуса ракеты и, естественно, привести к резонансным явлениям с самыми непредсказуемыми последствиями.
Проблема была решена старым как мир способом — с помощью крестообразных успокоителей, плавающих на зеркале жидкости. Кроме того, в баках устанавливались продольные перегородки — успокоители, расположенные параллельно оси ракеты. При их конструировании учитывалось, что, когда баки достаточно заполнены, частота колебаний жидкости и собственная частота колебаний конструкции баков сильно разнесены. Поэтому при подобных режимах полета резонансных явлений не возникает. Однако по мере убывания топлива частоты все больше сближаются. Выясненные особенности механической реакции конструкции и жидкости дали возможность установить продольные перегородки в баках большой длины лишь в нижней их части. В коротких же баках они устанавливались на всю длину.
Целую эпоху в развитии военной техники составило обеспечение неуязвимости и мобильности пусковых установок. Начавшись с шахтных стартов, проблема нашла свое законченное решение для стационарных пусковых установок в ставшем шедевром конструкторской мысли минометном старте.
Более трудным путем шли к мобильным стартам. Реализацию идеи сдерживало отсутствие удовлетворительных по энергетическим характеристикам твердых ракетных топлив. Поэтому на первом этапе вынуждены были пойти по пути создания комбинированной твердотопливно-жидкостной двухступенчатой ракеты на самоходной гусеничной пусковой установке — РТ-20П. Говоря о совершенствовании органов управления, нельзя не упомянуть, что при создании этой ракеты были впервые применены поворотные управляющие сопла на твердотопливном двигателе и управление вектором тяги за счет вдува газа в сопло камеры сгорания на жидкостном двигателе.
Прошедшие проверку летными испытаниями конструктивные и технологические решения были в дальнейшем использованы при проектировании последующих ракет на жидком и твердом топливах. Опыт, накопленный при разработке, но по разным причинам не принятой на вооружение ракеты РТ-20П, позволил создать боевой железнодорожный ракетный комплекс, не имевший аналогов в практике мирового ракетостроения.