РАКЕТНЫЙ ДИЗАЙН — ОТ ПРОЕКТОВ В ГОРОДОМЛЕ ДО БОЛЬШИХ РАКЕТОНОСИТЕЛЕЙ ДЛЯ СПУТНИКОВ

РАКЕТНЫЙ ДИЗАЙН — ОТ ПРОЕКТОВ В ГОРОДОМЛЕ ДО БОЛЬШИХ РАКЕТОНОСИТЕЛЕЙ ДЛЯ СПУТНИКОВ

Мы, аэродинамики, продолжали заниматься проектами ракет, разрабатывавшимися нами еще в Блайхероде, в основном ракетами с дальностью полета в две тысячи километров. В наш аэродинамический сектор пришел хороший конструктор — господин Юршик. Он предлагал нам различные варианты конструкций. Мы разрабатывали двухступенчатые ракеты, аналогичные предложенным классиками ракетостроения, Циолковским в России и Обертом в Германии. Вторая ступень по сравнению с первой имела гораздо меньшую мощность. Исходя из классического образца, наша фантазия искала новые варианты. Так, сначала было предложено уменьшить расход спирта для двигателя второй ступени, что могло бы несколько сократить длину и вес топливного бака. Затем я схватился за мысль, которую уже высказывали инженеры из Пенемюнде, а именно — попытаться спроектировать ракету без стабилизирующего хвостового оперения. Об этом мне рассказывал господин Греттруп. В плотных слоях атмосферы уравновешивание аэродинамического момента, с помощью хвостового оперения (специалисты называют его стреловидным), можно обеспечить за счет искусно выбранной формы корпуса. При этом точка натекания потока сдвигается за центр тяжести. В результате устраняется не только сам стабилизатор на хвосте, но и подвижная плоскость на его конце. Для управления остаются газовые рули, применяемые в ракете А-4. Это поворотные закрылки из графита, отклоняющие огненную струю сгорающих газов и тем самым создающие момент управления. В ракетах А-4 такие газовые рули использовались для высотных полетов, в которых большие стабилизаторы и их управляющие закрылки из-за низкой плотности воздуха становятся неэффективными. Мы тогда думали попытаться вообще убрать газовый руль за счет поворачивающихся двигателей. Автоматически управляемому телу не нужен стабилизатор. При небольшом отрицательном оперении, дающем не доходящую до центра массы точку натекания воздуха, можно не опасаться, что возникающий аэродинамический момент может повернуть тело поперек траектории. Также и корабли при автоматическом управлении имеют небольшую, а иногда и отрицательную устойчивость обтекания. Таким образом, при криволинейном полете можно добиться небольших кругов вращения. Так в последующих проектах исчез стабилизатор второй ступени. Теперь я критически рассматривал оставшийся стабилизатор первой ступени и искал такие формы корпуса, при которых можно добиться устойчивости без хвостового оперения. Из всех проработанных вариантов, предложенных конструкторским сектором, наиболее подходящим нам показался вариант с конической формой. Несущая обшивка, выпукло изогнутая в одном направлении, позволяла ожидать простого крепления.

Сначала я из осторожности предусмотрел на конце корпуса как продолжение конической формы обойму основного двигателя. Но тогда окончательный диаметр ракеты был бы настолько большим, что это затруднило бы ее транспортировку по железной дороге. Новый расчет показал, что цилиндрическая конечная часть обоймы основного двигателя давала бы достаточную устойчивость. В конце концов, за счет перераспределения массы мы вообще отказались от обоймы двигателя, которую русские называли «рубашкой».

При всех проработках двигатель А-4 оставался для нас конструктивным элементом неизменной величины и мощности. Даже двойное увеличение тяги было бы чрезвычайно трудной и дорогостоящей задачей, которую мы тогда на базе нашей Городомли без экспериментального стенда решить не могли. Руководитель сектора двигателей предложил свой вариант улучшения двигателя А-4. Топливный насос, приводящий двигатель турбины, должен быть заменен струей газа из камеры сгорания.

Мы все оставались полностью изолированными от совместной работы с научно-исследовательскими институтами, от контактов с научными библиотеками. Мы не получали научных отчетов из советских институтов. Опытные данные, которые накапливали советские инженеры, работавшие над изготовлением и испытанием новых ракет, для нас тоже оставались не доступными. Правда, до нас дошло одно сообщение с места производственного происшествия. Русский главный инженер при обсуждении ряда вопросов с руководителями секторов высказал им упрек в том, что испытание топливного бака ракеты на давление привело к тяжелой аварии. Рудольф Мюллер, наш руководитель сектора прочности, попросил рассказать об этой аварии подробно. Мы услышали, что топливный бак испытывался под высоким давлением воздуха. Господин Мюллер мог с полной уверенностью представить разработанные им правила испытаний, в которых было указано, что испытание на давление должно проводиться именно водой для того, чтобы избежать несчастных случаев. Если предел прочности стенок топливного бака превышается, то, как следствие дефекта материала, бак разрывается. Закачиваемая вода вытекает без опасности для окружающих. Если же испытание проводится под высоким давлением воздуха, то превышение допустимых величин приводит к взрыву, так как сжатый воздух в закрытом объеме обладает гораздо большей энергией, чем вода, и в результате при разрыве бака большая мощность освобождается почти мгновенно.

Нам, аэродинамикам, которые привыкли идти по обычному и удобному пути, основанному на экспериментальных исследованиях, теперь приходилось искать новые возможности. Мы решили модифицировать форму корпуса ракеты, что могло быть сделано без особых затрат, во всяком случае, без длительных исследований в аэродинамической трубе и без изучения каких либо литературных публикаций о подобных разработках. На том основании, что корпус со стабилизатором при его новой форме нужно было непременно продуть в аэродинамической трубе, я остановился на предложении удалить стабилизатор. Расчет конусообразного корпуса без стабилизатора был вполне доступен. Кроме того, изготовить его было проще и быстрее. При проектных работах мы должны были применить наши новые познания для определения нагрева обшивки. Мы рассчитали ожидаемое изменение температуры. При полете на активном участке траектории на восходящей ветке температура еще не достигает экстремальных значений. Но даже при таких температурах на легкий металл, который предполагалось использовать в качестве конструктивного материала, действовали бы столь высокие прочностные нагрузки, что потребовалось бы заменить его стальным. При полете на нисходящей ветви можно предполагать большие трудности из-за экстремально высоких температур, так как форсирующее теплопередачу произведение плотности воздуха на скорость полета велико. Даже стальная обшивка потеряла бы свою прочность. Головная часть должна отделяться от раскаленного корпуса. Как мы считали вначале, эта небольшая отделяемая головная часть должна была бы иметь достаточно большую толщину стенок. Мы думали о тонкой, остроконечной форме головной части с откидывающимся стабилизатором на хвостовой части. Но такой тонкий корпус при падении на землю недостаточно бы тормозился. Баллистики рассчитали для него более высокие скорости, чем для всей ракеты и по температурным расчетам потребовалась бы очень толстая и тяжелая рубашка, причем настолько тяжелая, что она уменьшила бы дальность полета. Мы могли решить этот вопрос несколько по-другому: отделить все большое острие ракеты как носителя нагрузки и заставить его лететь дальше. Его большой диаметр обеспечил бы достаточное для торможения сопротивление и еще довольно умеренную температуру. Заостренная передняя часть конусной ракеты после отделения тормозилась бы в плотных слоях земной атмосферы достаточно медленно, и температура была бы высокой. Этого можно было бы избежать, запустив общий привод высоко в воздухе при расположении нескольких одинаковых двигателей один за другим в хвостовой части ракеты. После сгорания достаточного количества топлива для облегчения веса двигатели один за другим сбрасываются. Оба неподвижных топливных бака для спирта и жидкого кислорода, масса которых значительно меньше, чем масса двигателя, летят дальше до прекращения работы ракетного двигателя. Господин Юршик конструктивно проработал некоторые варианты. Позднее мы были действительно раздражены тем, что русские никогда не высказывали ни одобрительного, ни критического мнения по поводу этих предложений. Наш коллектив продолжал и дальше работать изолированно от советских исследований. Ни о результатах их исследований, ни о ведущихся параллельно с нами разработках советских групп нам ничего не было известно.

Министр Устинов посетил немецкий коллектив только дважды. Генерал Гайдуков приезжал не чаще. Однажды, когда я пожаловался на оторванность от всех технических отчетов, выходящих вне немецкого коллектива, генерал только и ответил: «Вы, ученые, — создавайте свою литературу сами». Господин Королев посещал коллектив чаще. Но никогда не сообщал о своих собственных результатах и опыте и никогда не сравнивал наши проработки с собственными.

В 1949 г. у господина Греттрупа появился полковник Спиридонов, главный инженер Московского научно-исследовательского института 88. Он потребовал от коллектива немецких специалистов в течение трех месяцев разработать проект совершенно новой ракеты, которая должна нести груз весом в три тонны и с дальностью полета в три тысячи километров. Когда я это услышал, я тут же запротестовал. Не только мне, но и всем коллегам постановка задачи показалась совершенно нереалистичной. Нам понадобилось два года работы, чтобы спроектировать ракету с дальностью полета в две тысячи километров грузом только в одну тонну. Можно было бы предположить, что за такое короткое время спроектировать ракету с увеличением груза в три раза, а дальности полета на 50 % — невозможно. Но в ответ — никакого действия. Господин Спиридонов сидел равнодушно и невозмутимо как статуя Будды и в качестве ответа только повторял свои требования. Победила сильная воля. После первой фазы работы аэродинамики представили два проекта. Сначала сверхзвуковой самолет, который выстреливается одноступенчатым ракетоносителем Г-1. Самолет имел двигатель со скачком уплотнения^{10}. Он должен был работать с камерой сгорания двигателя Jumo 004 от Юнкерса. Этот проект был проработан Овальдом Конрадом. Второй проект предусматривал баллистические варианты. Три ракеты типа Г-1, поставленные одна за другой, при старте представляют собой единое целое. Ракета, являющаяся последней ступенью, несет все приборы управления и транспортный груз, две другие ракеты после полного сгорания топлива отделяются на траектории полета. Двигатель грузового отсека воспламеняется после сгорания топлива стартовых ракет. К этому времени наши специалисты по приводам увеличили тягу двигателя до 32 тонн и уже разработали первый проект. Господин Бласс и его конструкторский сектор на основе этого двигателя и нашей конусообразной ракеты сначала разработали проект одноступенчатой баллистической ракеты со стартовым весом в 40 тонн с цилиндрической грузовой головкой. Этот вариант был принят как основной. Ракета получила название Р-14. Сверхзвуковой самолет рассматривался как запасной. Таким образом, под сильным давлением руководства через три месяца проект был действительно готов. Но всех несведущих представителей руководства я должен был предостеречь от иллюзий. Только под давлением власти и в укороченные сроки нельзя достичь высокого уровня технического развития. В нашем случае, при выполнении задания использовался весь опыт, накопленный коллективом в предыдущие годы при проектировании ракет малой мощности. Этот, помимо разработанной в 1950/1951 годах зенитной ракеты, был наш последний проект. По сравнению с ракетой дальнего действия зенитная ракета должна лететь с большей скоростью и маневрировать. Полет в относительно малых радиусах поворота возможен только в том случае, если центробежная сила противодействует равной по величине аэродинамической силе. К тому же необходимо несущее крыло. Его можно сделать небольшим. Освальд Конрад выбрал для сверхзвукового полета дельтавидное крыло. Этот проект, также как и проект Р-14, мы уже не должны были защищать на научном совете в Москве, как это было с проектом Г-1. В один из обычных рабочих дней в большой кабинет директора острова были приглашены немецкие руководители секторов, принимавшие участие в разработке проекта. Кабинет располагался в центре института. Его большие окна выходили на юг. Из окон виднелись тропинки палисадников, жилые дома вдоль дороги и обрамляющие их темные сосновые леса. Стены кабинета были выкрашены в светло— желтый цвет. Их украшал только обязательный портрет руководителя государства в маршальской форме. Под портретом стоял широкий письменный стол. На подносе хрустальный графин с водой и стаканы. Мраморный письменный прибор. Телефонный аппарат. На полу кабинета большой красивый шерстяной персидский ковер синего цвета, на нем арабесковый рисунок в бежевых, коричневых и розовых тонах. На длинном столе, стоящем перпендикулярно письменному, кучей лежали готовые чертежи зенитной ракеты. На стене, противоположной окну, был прикреплен составленный из нескольких больших листов ватмана цветной общий вид новой ракеты. Под этим рисунком ракеты на стульях с высокими спинками сидели мы, немецкие руководители секторов. Напротив нас перед окнами расположились члены русской комиссии — заказчики проекта. Прежде чем нас пригласили в приемную, комиссия уже выслушала доклад русского главного инженера Городомли. За столом председательствовал генерал Гайдуков, рядом с ним в гражданской одежде сидел господин Королев. Разговор ограничивался только служебными делами. Таким образом, когда мы вошли, советские специалисты уже сидели на своих местах, а нам было предложено занять свободные места с противоположной стороны.

Каждый руководитель сектора докладывал о свой части работы по проекту. Затем члены комиссии задавали короткие вопросы по существу. От меня хотели услышать подробности о конструкции несущего крыла. Генерал Гайдуков попросил обосновать его необычную форму. На это тут же ответил господин Королев: «Это форма не является новой, ее уже много лет назад предложил Геттингенский аэродинамик Адольф Буземанн». Эта наша последняя исследовательская работа до некоторой степени закончилась тем, к чему я стремился в Блайхероде. После того, как мы, аэродинамики, определили форму ракеты, в наших мастерских изготовили ее модель для исследования в сверхзвуковой аэродинамической трубе. Мы измерили подъемную силу, сопротивление и момент и могли сравнить эти результаты со сделанными ранее расчетами.

Некоторое время спустя господин Греттруп рассказал мне, что господин Королев еще раз приезжал на остров и встречался с ним в его служебном кабинете. Предметом разговора был последний проект. Королев выглядел угнетенным и при прощании держал себя так, как будто они встречаются последний раз в жизни. Греттруп предполагал, что, должно быть, у Королева были большие личные трудности. Я подумал, что возможным объяснением этому могло быть то, что Королев предвидел возможность плохого развития событий для немецкого коллектива. Интерес многих людей всего мира к нашей работе в Городомле стал очень большим, когда несколько лет спустя, в 1957 году, на околоземную орбиту был запущен первый спутник. Это случилось через пять лет после нашего возвращения на родину. Сообщения в газетах и по радио в Западной Германии, в Западной Европе и в США тогда утверждали, что спутник был запущен на околоземную орбиту ракетой, разработанной немецким коллективом. Тогда ракетоносителем должна была бы быть ракета Р-14. Вероятно, специалистам западного мира после некоторых расчетов должно было стать ясно, что с помощью этой ракеты массе спутника невозможно придать высокую конечную скорость, необходимую для выхода на околоземную орбиту. Гадали: может быть, Советы используют новое ракетное топливо, которое способствует более высокой конечной скорости ракетной струи? С более высокой выходной скоростью газов можно было бы достичь более высокой конечной скорости. Газеты ГДР и радиокомментаторы довольно резко возражали доводам западной прессы. Утверждение, что немцы якобы принимали участие в советских разработках ракет, воспринималось как оскорбление Советского Союза. Все эти мнения были преувеличениями, причем противоположного свойства.

В 1957 г., когда первый спутник сделал свой первый круг вокруг земли, в ГДР с докладами приехал мой старый знакомый по Блайхероде и Советскому Союзу, полковник Победоносцев, профессор баллистики. Он пришел в Техническую высшую школу в Дрездене, где я работал. Это была дружеская встреча. Тогдашний ректор, профессор Курт Поммер, попросил меня после доклада возглавить дискуссию. Господин Победоносцев представил многие официальные сообщения из Советского Союза, добавил некоторые данные о размерах спутника, который летал уже несколько недель. Стало известно, что на этих высотах плотность воздуха гораздо больше, чем до сих пор предполагалось. Движение спутника заметно тормозилось, высота его полета уменьшалась. Можно было предположить, что в ближайшее время спутник может сгореть в плотных низких слоях земной атмосферы.

В последующей дискуссии студенты и ассистенты Дрезденской военной академии задавали довольно умные вопросы по баллистике. Дрезденский профессор геодезии хотел знать, могло ли такое летающее тело послужить для того, чтобы с достаточной точностью измерить расстояние, разделяющее европейский континент от американского. Разумеется, докладчика спросили и о том, действительно ли в ракетоносителе использовалось новое ракетное топливо. Победоносцев, улыбаясь, ответил: «Нет, обычное». Специалисты в области общественных наук в ГДР в газетах ответили на этот вопрос по-своему: «Новое ракетное топливо Советских ракет называется социализмом!»

Никто, за исключением круга советских специалистов, не знал тогда об очень большом ракетоносителе «Восток». Он стал известен общественности только через десять лет, в 1967 году, став экспонатом Парижского авиасалона. После доклада и дискуссии ректор пригласил нас на ужин в небольшом кругу. Господин Победоносцев спросил меня, что я подумал, когда услышал о полете спутника. А дословно: «Итак, что вышло из нашей общей работы в Блайхероде и Советском Союзе?». Я должен был рассказать собеседнику, что в ГДР, чтобы не прослыть оппортунистом, нельзя было говорить о том, что немцы принимали участие в разработке.

Итак, только в 1967 г. стало известно о большом ракетоносителе «Восток», с помощью которого первый космонавт, советский майор Юрий Гагарин, облетел землю и благополучно приземлился. Стартовый вес ракеты Восток при полете спутника составлял 267 тонн и в укомплектованном виде 287 тонн. Стартовая масса ракеты Р-14 была значительно меньше, примерно 40 тонн. На фотографии Парижского выставочного образца я мог видеть, что пять групп многоступенчатой ракеты, по четыре двигателя каждая, вспламеняется уже на земле. Когда двигатели четырех боковых блоков (первая ступень) отработали, они отделяются. Двигатели средних блоков (вторая ступень) работают дальше. Комплектный вариант имеет еще третью ступень, двигатель которой воспламеняется в полете после отделения второй ступени. Таким образом, на земле остается 20 двигателей. Тяга одного двигателя равна примерно тяге двигателей А-4 или Г-1. Каждая из четырех наружных ракет, которые отделяются после сгорания первой ступени, имеют стартовую массу до 40 тонн. Они обладают конусной формой. Таким образом, они соответствуют ракете Р-14, во всяком случае, вместо спроектированного единичного приводного двигателя в 32 тонны используется группа из четырех малых двигателей. Каждая из наружного блока ракет, если бы она была применена в качестве отдельного агрегата, представляла бы ракету средней дальности. При этом Королев добился достойного восхищения достижения, выполнив требование относительно полезной нагрузки и скорости в космическом масштабе, за счет того, что соединил имеющиеся в это время наибольшие ракеты в одно целое^{11}. Вернувшись еще раз к своему предложению, сделанному в еще период работы в Блайхероде, Королев удлинил цилиндрическую часть ракеты, увеличив тем самым запас ракетного топлива.

Королев, технический руководитель советского ракетостроения, умер в 1966 г., ему было только шестьдесят лет. Правительство организовало ему государственные похороны. Он погребен в Кремлевской стене, где покоится прах тех людей, которые сыграли выдающуюся роль в развитии Советского государства. Из некролога могу добавить некоторые биографические данные.

Королев родился в семье учителя в украинском городе Житомир. В 1930 г. он с отличием закончил Московский факультет по специальности «Авиамеханика». С 1933 г. занимался жидкостными ракетами.