Проблема устойчивости

Проблема устойчивости

Следующая ракета на заводе №586 была готова, наша аппаратура скрупулезно оценена, и еще раз установлено, что причиной аварии были не ее дефекты, а нарушение технологии работ.

Сергеев, прихватив меня, так как речь шла о пуске ракеты, т.е. о работе, в первую очередь, системы стабилизации движения, чем занималась моя все еще группа (в конце концов, при его вмешательстве спустя пару лет меня назначили начальником лаборатории), отправился на Байконур, и мы начали готовить к пуску вторую ракету 8К64.

Но наши неприятности были еще впереди, и, если к катастрофе 24 октября наша группа отношения не имела, то последующие две аварии практически целиком на нашей совести, правда, они обошлись без человеческих жертв, хотя отсутствие у нас знаний и опыта сказалось в полной мере.

Единственными нашими «соучастниками» в этом деле были динамики Днепропетровска, но отсутствие квалификации у них с нас вины не снимает.

Вторая ракета была пущена без всяких эксцессов на старте (откуда теперь были беспощадно изгнаны все ненужные сотрудники всех фирм), нормально, хорошо пролетела вся первая ступень, а со второй что-то случилось, и на Камчатку она не пришла. Редкий случай, когда после пуска разработчики так ничего и не поняли в причинах неудачи.

Чтобы это объяснить, нужно очередной раз перейти к техническим подробностям, хотя я постараюсь изложить все попроще.

Единственный способ (тогда и сейчас) узнать, что происходит на борту ракеты в полете, это разобраться в так называемой телеметрической информации. На этапе летно-конструкторских испытаний на ракете, главным образом, в системе управления установлено большое число измерительных датчиков, информация с которых поступает на бортовые согласующие устройства, а от них по специальной радиолинии передается на Землю. Это и есть система телеметрического контроля (СТК), непременная принадлежность каждой ракеты, пускаемой с полигона. Конечно, вся СТК установлена и проверена на заводе-сборщике ракеты (разрабатывал все эти приборы — и бортовые, и наземные специальный институт нашего министерства, расположенный в том же Калининграде).

На наше «счастье», кроме неприятностей со второй ступенью при пуске отказала и СТК, так что мы остались без всякой информации с борта ракеты. Можно было только гадать, чем мы некоторое время и занимались, но в результате пришли к единственному возможному выводу — надо повторить пуск. Если первый раз был случайный производственный дефект, мы так и не узнаем его причины (ну и черт с ним), а если что-то неслучайное, оно повторится, и мы поймем, в чем дело, ведь не может СТК отказать еще раз.

Пуск повторили, СТК работала, полет второй ступени снова оказался неудачным, но теперь была возможность разобраться, в чем дело. Вопрос оказался достаточно сложным, тем более что на практике советская ракетная техника столкнулась с ним впервые. И снова требуются технические пояснения.

Речь идет о хорошо известном с того самого времени эффекте влияния колебаний свободной поверхности жидкого наполнения, т.е. попросту говоря топлива в баках ракеты в полете.

В принципе есть аналогия, когда хозяйка несет полные ведра с водой на коромысле. Чтобы предохранить воду от расплескивания, она подбирает ритм ходьбы (борьба с первым тоном колебаний) и кладет сверху деревянные кружки, чтобы ограничить подвижность свободной поверхности жидкости (борьба со вторым тоном колебаний). Это, конечно, очень грубая аналогия, вторым тоном колебаний жидкости для ракет можно пренебречь, а вот с первым дело обстоит хуже. Ведь в баках находятся десятки тонн жидкости, свободная поверхность из-за расхода топлива в полете образуется, а темп движения задается параметрами двигателя и геометрией ракеты, воздействовать на него практически невозможно. Такие колебания могут приобрести значительную амплитуду, и их влияние на движение ракеты может оказаться настолько значительным, что приведет к потере устойчивости этого движения. Теоретически после работ двух специалистов НИИ-4 Минобороны Г. С. Нариманова и Б. И. Рабиновича это механикам было ясно, но так как на практике этот эффект не проявлялся, о нем только в книгах и писали. Существенно, что проявляется он преимущественно на вторых ступенях ракет (пояснение этого уведет нас далеко от темы), вторая ступень 8К64 явилась этому наглядным подтверждением.

Чтобы обеспечить устойчивость движения, надо выдерживать определенные соотношения между углом поворота ракеты и углом поворота управляющего органа (так называемые фазовые характеристики в системе стабилизации). Требуемый знак фазовых соотношений зависит от расположения центра тяжести ракеты относительно свободной поверхности жидкости и других факторов. А теперь представим себе (что и произошло на второй ступени ракеты 8К64), что требования по обеспечению устойчивости колебаний свободной поверхности жидкости противоположны для двух баков, т.е., если выбраны соотношения для обеспечения устойчивости колебаний в одном баке, то колебания во втором баке — неустойчивы.

Иными словами, принципиально нельзя подобрать такие параметры системы стабилизации, чтобы обеспечить устойчивость колебаний в обоих баках. Ракета устойчиво лететь не может. При должной квалификации динамиков ракеты (в Днепропетровске) или специалистов по устойчивости движения в нашем ОКБ этот эффект должен был быть обнаружен на самых ранних стадиях разработки и тогда были бы приняты необходимые меры. Я уже много раз писал, что квалификации нам и не хватило, никто не заметил, что при некоторых конструктивных разбросах параметров ракеты возможно возникновение эффекта динамической неустойчивости. В полете это и произошло, так что «задним» умом все стало понятно, как говорится, если бы я был таким умным «до», как моя жена «после»…

Поскольку с таким эффектом столкнулись впервые, в Харьков приехали все очень высокие руководители, включая трех министров, двух академиков, много генералов, руководители и главные специалисты НИИ-885, НИИ-944 и др. Теперь уже сравнительно быстро разобрались, в чем дело, и дали необходимые теоретические расчеты и обоснования. Эффект был воспроизведен на электронных моделирующих установках в Харькове (к сожалению, после двух аварийных пусков, а не до них). И здесь я впервые столкнулся с интересным поведением всех трех моих руководителей: начальника ОКБ В. Г. Сергеева, начальника теоркомплекса Д. Ф. Клима и начальника отдела стабилизации А. И. Гудименко. Конечно, и объяснения, и предложения приехавшим к нам начальникам должны были давать они, но как-то оказалось, что все «расступились», и на первом месте оказался я в ранге руководителя группы. Для больших московских начальников, конечно, все равно, кто дает пояснения, но со стороны это выглядело несколько странновато. Думаю, что с этого и началась моя известность среди специалистов по динамике полета и устойчивости движения.

Однако нужно было быстро найти выход, а, как я уже писал, это было принципиально невозможно сделать выбором параметров системы управления. Единственный вариант состоял в том, чтобы изменить характер колебаний свободной поверхности в одном из баков, т.е. внести в его конструкцию изменения. Это уже могли сделать только конструкторы ракеты в Днепропетровске, которым было совсем не по душе переделывать баки из-за проблем в системе управления. Переделка, как мы быстро поняли, могла быть достаточно простой — нужно только установить по центру вдоль всего бака крестообразную перегородку, и параметры колебаний свободных поверхностей (теперь уже четырех в баке) радикально изменятся.

Оставалось убедить в этом специалистов ОКБ-586, и опять эта не очень приятная задача была возложена на меня. Мы потратили много времени, убеждая их, что сделать что-либо за счет системы управления принципиально невозможно, после чего меня отправили прямиком в кабинет М. К. Янгеля, который с нами и согласился. Следующую работу выполняли конструкторы его ОКБ и заводской цех, причем она оказалась не очень трудоемкой. После этого все проблемы обеспечения устойчивости движения ракеты были решены, и при последующих пусках она летала «как по ниточке». Конечно, в ходе испытаний возникали и другие проблемы, но с моей работой они никак связаны не были. Летно-конструкторские испытания (в дальнейшем используется общеупотребительная аббревиатура — ЛКИ) ракеты были успешно завершены, и ракета специальным постановлением ЦК КПСС и Совета Министров СССР была принята на вооружение Советской армии. Оружие, способное доставить до США боевые головки с термоядерным зарядом, стало на вооружение Советской армии. США уже не могли чувствовать себя в полной безопасности в случае полномасштабного конфликта с СССР.

На разработчиков, как и всегда в таких случаях, пролился «дождь» высших правительственных наград, включая звания Героев социалистического труда, орденов, денежных премий и т.д. Особо отличившимся присвоили звание лауреатов Ленинской премии, среди них Д. Ф. Климу и А. И. Гудименко. От этого «дождя» меня «заботливо» спасли руководители нашей службы кадров и обкома партии.

Мои руководители, в целом неплохие люди, не придали этому никакого значения, речь ведь шла не о них, они, как у нас говорили, «сверлили дырки на пиджаках».

Вообще говоря, все произошло по известной формуле:

Всякая серьезная работа имеет пять главных этапов: 1) суматоха, 2) неразбериха, 3) поиск виновных, 4) наказание невиновных, 5) награждение непричастных.

Как справедливо говорят: «в каждой шутке есть доля шутки». Так была создана первая автономно управляемая советская МБР на высококипящих компонентах топлива в той части, что меня коснулась.