"Авиация и космонавтика 1998 08" - читать интересную книгу автора

КАК МЫ КОМПОНОВАЛИ "СЕМЕРКУ"

Рождение легендарной "семерки", открывшей человечеству дорогу в космос, было тяжелым. Множество трудностей пришлось преодолеть, чтобы сохранить ей жизнь, которая благодаря С.П.Королеву оказалась на редкость долгой и прекрасной.

Семерку мы начали разрабатывать в 1953 году, опираясь на опыт проектирования одноступенчатых ракет Р2 и РЗ, в сравнительно благоприятной, но напряженной обстановке. Крах проекта РЗ вследствие необоснованного выбора общих параметров ракеты и неготовности к преодолению неожиданно возникшего теплового "барьера" сделал всех осмотрительными. Королев понял, что второго подобного провала ему уже не простят, и двигался к цели с предельной осторожностью. Впрочем, с принятием на вооружение Р2 его положение в качестве главного конструктора сильно укрепилось. По всем инстанциям прошло представление его на Сталин-сткую премию. Хотя указанные премии в том году не присуждались (из-за смерти Сталина И.В.), главных конструкторов не оставили без наград. Выделили персонально им дополнительные вакансии членов-корреспондентов Академии наук.

Сознавая чрезвычайную важность проекта, Королев рассматривал все технические решения по нему на Совете главных конструкторов с участием руководства отраслью и представителей заказчика, а принципиальные положения утверждал соответствующими Постановлениями ЦК и Совмина. И эскизное проектирование ее протекало под видом научного изыскания (темы Т-1): "Теоретическое и экспериментальное исследование по созданию двухступенчатой баллистической ракеты с дальностью полета 7000-8000 км" и массой отделяемой головной части 3 т. Причем к его началу предварительно проводился сравнительный анализ перспектив ракет дальнего действия различных типов.

Упомянутые исследования не отличались большой глубиной и потому не имели однозначных выводов. Теоретически наиболее рациональной выглядела схема с последовательным соединением двух ракет (ступеней), то есть с расположением второй ступени на верхней части первой (вместо головки). Однако практически ни главный конструктор двигателей В.П.Глушко, ни Королев не были готовы даже психологически к ее реализации. Глушко не мог запускать жидкостной двигатель второй ступени после сброса первой, а Королев боялся включать его до ее сброса.

Установка на старт ракетоносителя "Восход", созданные на базе МБР Р-7

Компоновщики и конструкторы не знали, как можно защитить баки первой ступени от действия горячей струи двигателя второй ступени. Идти на риск в расчете на появление соответствующих идей в процессе разработки ракеты главный конструктор не хотел. Самым надежным виделся вариант запуска двигателей обеих ступеней при старте -вариант с параллельным их размещением (в виде пакета ракет).

Взвешивал достоинства и недостатки обоих вариантов главный конструктор сравнительно долго, консультируясь с кем надо. По вечерам в непринужденной обстановке, сидя за кульманом, на котором демонстрировались схемы ракет, выслушивал соображения и замечания плотно окружавших его специалистов. Более всего интересовался вопросами транспортирования, сборки, заправки и старта.

Компоновали пакет С.С.Крюков, П.И.Ермолаев, И.П.Фирсов, Е.Ф.Рязанов в виде четырех независимых одинаковых ракет (блоков) первой ступени, оснащенных двигателями тягой 80 тс, симметрично располагаемых вокруг второй ступени.

Чтобы баки последней оставались заполненными в момент сброса первой ступени, они ввели систему перекачки в процессе полета топлива в эти баки из всех боковых блоков. При этом компоновка и второй ступени, и блоков была подобна компоновке ракеты Р5, что значительно упрощало работу конструкторам и технологам. Новизну для них представляли лишь узлы связей блоков и магистралей перекачки топлива. Больше всего проблем указанная схема создавала самим проектантам в области строительной механики системы блоков, аэродинамики и по обеспечению устойчивости полета, а также в части регулирования функционирования двигательных установок. Принципиально новой выглядела и задача безударного разделения ступеней, решением которой занимался С.Ф.Пар-музин. Намного возрастал и объем работ по наземной подготовке ракеты к пуску, точнее одновременно пяти ракет.

Ключевым являлся вопрос сборки ее на стартовой позиции. Королев и главный конструктор наземного комплекса В.П.Бармин остановились на наиболее простом варианте его решения: перевозить и ставить на пусковой стол все блоки поодиночке, а затем соединять их со второй ступенью в двух точках касания - внизу (на уровне крепления двигателей) и вверху. Причем так, чтобы их тяги передавались на эту ступень в нижней связи.

Отношение к выбранной компоновке главного конструктора системы управления Н.А.Пилюгина было отрицательным. Сравнительно большое расстояние между боковыми блоками создавало значительные опрокидывающие моменты при несинхронном изменении их тяги, действие которых с трудом поддавалось компенсации. Обнаружилось, что при совмещении такого момента с порывом ветра система управления вообще не могла обеспечить устойчивость движения ракеты, в частности, в процессе старта. Как-то регулировать указанную несинхронность не мог и Глушко, стремившийся не впутываться в решение чужих проблем. Заявлял, что поставляет одиночные двигатели, а не их связку. И если вам нужно что-то изменять или уточнять - делайте сами.

Предложение удерживать ракету за хвост второй ступени до полного набора тяги всеми двигателями не проходило. Обеспечить синхронное открытие соответствующих замков конструкторы не могли. Тогда Пилюгин потребовал оградить ее от действия ветра. С ним Королев никогда не спорил. Предоставлял это удовольствие своему первому заму В.П.Мишину, через которого предварительно пропускал, как через фильтр, все технические решения.

Поскольку проектанты ничего путного не придумали, пришлось просить Бармина оградить от ветра пусковое устройство с ракетой высокой стеной. Владимир Павлович опешил и отказался даже обсуждать такое "китайское" решение вопроса. Стартовая позиция Р7 и так выглядела громоздкой.

Осенью после экспериментального взрыва первой ядерной бомбы к Королеву обратился заместитель председателя Совмина В.А.Малышев. Желая подкрепить подготовленное им постановление ЦК и Совмина о создании в 1955 г. боевого образца такой бомбы, предожил ему приспособить для ее транспортировки ракету Р7. А именно: увеличить (на основе выданных академиком А.Д.Сахаровым ориентировочных сведений о массе этой бомбы во втором поколении) почти вдвое ее грузоподъемность.

Королев без всякого предварительного анализа ухватился за такую корректировку проектного задания как за спасательный круг. По-видимому, полагал, что она будет лучше соответствовать пакетной схеме ракеты, сохранит ей жизнь. И над головами разработчиков повис, как дамоклов меч, огромный дефицит ее грузоподъемности, влиявший на постановку всех задач. Ликвидировать его можно было лишь путем снижения массы, главным образом, второй ступени.

Компоновщики установили новые, весьма жесткие лимиты на массы элементов ракеты, дали задание на разработку более совершенных заборных устройств топлива в баках и системы контроля его заправки, рекомендовали снизить массу теплозащиты головной части. Главные конструкторы приняли решение унифицировать двигатели на обеих ступенях. Королев выбросил сложную систему перелива топлива, эффективность которой, как показал С.С.Розанов, оказалась сравнительно невысокой. Летом 1954 г. такой эскизный проект ракеты Р7 был одобрен экспертной комиссией, возглавляемой академиком М.В.Келдышем.

Однако конструкторы не смогли уложиться в спущенные им лимиты, так как рост массы головной части сопровождался ростом нагрузок на части второй ступени, который не был учтен компоновщиками. Легко воспламенявшийся зам. главного конструктора С.О.Охап-кин злился: "Это же безграмотные люди! Что они умеют делать? Теоретический чертеж?! Тэ-Чэ! Да его могут выпускать и дипломники!"

Главный конструктор слушал молча. Понимал, что на стадии разработки технологии проектирования ракет пакетной схемы трудно предусмотреть влияние всех факторов, исследованием которых занимаются специализированные подразделения. Но все же дал указание отделу кадров не пополнять впредь их группы молодыми специалистами. Переводить к ним только опытных инженеров.

Начальник проектного отдела К.Д.Бушуев и просил, и уговаривал как-то снизить выданные конструкторам нагрузки и требования к прочности частей ракеты. Даже за счет ее надежности, которую решено было обеспечивать на уровне истребителя. В ответ я предлагал оптимизировать схемы их нагру-жения. Поменять местами связи блоков. Передавать тяги двигателей боковых блоков на вторую ступень не внизу, а вверху, разгрузив тем самым ее баки от сжимающих усилий, определявших массу частей корпуса.

Смелости на такой шаг, существенно усложнявший процесс наземной эксплуатации ракеты, у Бушуева не хватило. В этом случае приходилось собирать ее в горизонтальном положении в специальном монтажном корпусе и создавать тяжелый транспортер-установщик для ее помещения на пусковое устройство. Но другого способа спасения ракеты не было.

Негодование Бармина не имело границ, также как и оснований. Ведь фактически он стал жертвой принципа планирования работ, игнорировавшего этапность создания ракеты, которым искренне восторгался: "Все работы велись параллельно. Каждый руководитель и исполнитель - от главного конструктора до мастера цеха, оценивая состояние в своем звене, проявлял в первую очередь заботу о плане-графике и в случае угрозы срыва немедленно поднимал тревогу. Обратная связь действовала безотказно".

Однако дело не ограничилось разработкой нового наземного комплекса. Пришлось выпускать новые чертежи и на ракету.

Работали, как проклятые, перейдя на аккордную систему оплаты труда. Ценили каждую минуту. Смотрели, чтобы никто не терял времени попусту. Королев, услышав как-то чей-то неделовой разговор по телефону, гневно прервал его: "Я дам распоряжение, чтобы у вас убрали все аппараты и поставили телефонную будку. Одну на весь отдел!" На следующий день их отключили. Подсоединили лишь спустя неделю после настойчивых жалоб конструкторов на то, что невозможно дозвониться до, проектантов.

И все же, несмотря на все потуги, межконтинентальная не дотягивала до Америки. В дело бросили последний резерв, вытекавший из анализа схем нагружения частей ракеты. Приступили к облегчению хвостовых отсеков боковых блоков, на которые она опиралась при стоянке на стартовом столе, посредством их разгрузки. Осуществить последнюю можно было только путем переноса опор ракеты с этих отсеков в верхнюю связь блоков, то есть путем превращения боковых блоков в чистые ускорители.

Поиск конструктивного решения столь необычного опирания ракеты проводила комплексная бригада из ведущих специалистов различных подразделений во главе с умевшим слушать оппонентов Я.П.Коляко. Было предложено подвесить ракету на четырех фермах, отводившихся в процессе старта по предложению П.Новожилова с помощью гидравлических приводов. По моему настоянию бригада ввела для восприятия опрокидывающего момента поперечные опорные элементы и на хвостовых отсеках боковых блоков. Их также сделали в виде четырех поворотных ферм, для чего ракету углубили на семь метров относительно поверхности стартового стола.

"Семерка"с первым спутником

Такое оригинальное пусковое устройство было дружно встречено в штыки. Бармин плевался. Королева утешала перспектива помещения на ракету третьей ступени без изменения конструкции свободно висящих ускорителей. Между ними углубилось взаимное недоверие к способностям друг друга трезво оценивать технические решения. Во всяком случае, все деловые связи по этой установке с барминским КБ велись через В.А.Рудницкого - зама его главного конструктора. Приняв под давлением Совета главных конструкторов указанную схему пускового устройства к исполнению, Бармин сумел все же утереть нос нашему отделу наземного оборудования. Выбросил гидравлические привода со сложной системой синхронизации их работы. Обеспечил надежный отвод вех ферм с помощью силы тяжести, превратив их в независимые простейшие рычажные механизмы типа шлагбаума. Да, да, обычного дорожного шлагбаума, который поднимается прикрепленным к его короткому плечу грузом со скоростью, допускаемой сдерживающей веревкой, привязанной к длинному плечу.

Роль такой "веревки" - одной для всех ферм - играла ракета, движение которой и синхронизировало начальные скорости их отвода. Параметры же поворота каждой фермы после освобождения от ракеты определялись расчетом элементарно и с высокой точностью. Но конструкторы не смогли четко смоделировать в своем уме это элементарное устройство. И, усомнившись в безотказном действии используемой человечеством в течение многих веков системы, выступили против предложения Бармина.

Острый спор завершился компромиссным решением об экспериментальном подтверждении работоспособности пускового устройства без гидроприводов до его монтажа на стартовой позиции. И соответствующие испытания были организованы Барминым на ленинградском металлическом заводе, на котором имелся подходящий котлован и сверхмощные подъемные краны. С трудом там смонтировали пусковое устройство и собрали ракету. Зачем-то заправили ее водой и медленно поднимали двумя кранами за верхние связи. И громко апплодировали. Поскольку каждый из участников этого уникального бесполезного эксперимента был убежден, что занимается "важным" делом, некому было крикнуть: "Не надо оваций!" Бесполезным потому, что при его проведении не имитировались ни скорость движения ракеты, ни действие на нее опрокидывающего момента, создававшего неравномерное нагружение ферм и перемещавшего ракету в поперечном направлении.

К сожалению, мы не могли воспользоваться нахождением заправленной ракеты на заводе для экспериментального исследования динамических свойств сложнейшей системы, состоявшей из пяти упруго связанных блоков и восьми упругих ферм пусковой установки. При быстром наборе тяги и последующем резком ее спаде при аварийном выключении двигателей должны были возникать ее колебания, которые могли создавать дополнительные напряжения в частях конструкции и ракеты, и ферм. В стране не было оборудования для возбуждения ее резонансных колебаний и соответствующей измерительной аппаратуры.

Из-за большой загрузки С.О.Охап-кин отказывался определять нужные для их расчетов жесткости блоков и силовых связей, а Бармин - ферм пусковой установки. Да они и не верили, что такую систему можно раскачать. Оставалось надеяться на Пилюгина, который мог уяснить суть проблемы и поднять ее на должную высоту. Я высказал ему сомнение в целесообразности использования на ракете Р7 выскочувствитель-ных гироскопов, которые будут воспринимать углы поворота конструкции корпуса второй ступени, обусловленные его изгибом и деформациями связей блоков, в качестве углов поворота ракеты и выдавать ложные команды. Он понял опасность такого взаимодействия системы управления с упругими колебаниями ракеты в области частот ее функционирования. Убедился и в нереальности повышения частот колебаний конструкции до нужного ему уровня. Королев удивился: "Что произошло? Звонил Пилюгин. Говорит: приехал твой Гладкий и остановил работу по выбору параметров автомата стабилизации. Требует новые исходные данные по ракете. Какие-то уравнения колебаний ее конструкции."

Королев велел мне представить соответствующую справку. Читать ее, конечно, не стал, а решил посоветоваться с наукой. К удивлению, последняя отнеслась индифферентно к этой проблеме. Отделы НИИ-88 и ЦАГИ заявили, что у них нет специалистов по динамике конструкций, и на совещание прибыли лишь представители МВТУ проф. В.И.Феодосьев и К.С.Колесников, которые предложили предварительно исследовать ее существование на летающей ракете Р5. Их охотно поддержали все присутствовавшие замы главного конструктора.

У нас не имелось времени на подобный академический подход к ее решению. Уравнения колебаний конструкции Р7 нужны были и для нормирования прочности ее частей. Со мной соглашался лишь С.СЛавров. Выразив крайнее неудовольствие отсутствием единого мнения, Королев подчеркнул, что автопилоты нормально работают на тяжелых самолетах без всяких проблем. Однако не взял грех на свою душу: "Пусть Пилюгин продолжает пользоваться старыми исходными данными, а кандидаты наук займутся своими уравнениями: Гладкий для ракеты Р7, а Колесников -для Р5. Сергею Осиповичу подготовить нужные им жесткости для всех частей конструкций.

Пока я выводил уравнения, С.П.Богомолов определил жесткости связей блоков, а Г.М.Гречко (которому еще и не снился полет на этой ракете) - формы и частоты их колебаний без связей. Громоздкие расчеты велись вручную на электрических машинках техниками Р.Залогиной, Н.Прозоровой, В.Бурдако-вой, В.Золотаревой. Выявление параметров колебаний конструкции посредством решения системы, содержавшей более двух десятков дифференциальных уравнений второго порядка стало возможным только благодаря вводу в строй большой электронной вычислительной машины в Академии наук, на которой нам выделялось время по ночам. Его полностью использовал молодой инженер О.Д.Жеребин, быстро освоивший основы программирования.

В итоге мы успели скорректировать нормативные требования к прочности конструкции ракеты и свести до минимума дополнительное нагружение второй ступени при старте путем выбора порядка включения двигателей. Параллельно проходило аналоговое моделирование упомянутой системы уравнений у Пилюгина совместно с натурной системой управления. Исследования, проведенные Г.М.Годжелло, установили, что для устранения нежелательного влияния на ее работу колебаний конструкций нужно перенести гироскопы из приборного отсека, расположенного внизу второй ступени, в верхнюю ее часть.

Необходимость такой перекомпоновки ракеты Королев встретил с возмущением и недоверием. Легко сказать: перенести приборы! Требовалось ведь сооружать и соответствующую ферму для их предстартового обслуживания. Но Пилюгин был непреклонным.

Интерес к Р7 резко подскочил после взрыва в феврале 1956 г. атомной бомбы, доставленной ракетой Р5 в заданное место. Буквально через неделю сборочный цех нашего завода посетил Президиум ЦК во главе с Н.С.Хрущевым -пришли посмотреть на ее макет. Заинтересовался им и академик А.Н.Туполев. Обошел его несколько раз, потрогал тоненькие стержни нижних связей ускорителей, сел рядом на стул и. поразмыслив, промолвил: "Она не полетит!"

Выходила ракета Р7 на летные испытания почти одновременно с американской межконтинентальной ракетой "Атлас", которая состояла из двух последовательно соединенных ступеней и была оснащена более легкой головной частью. Ее проект предвещал недолгую жизнь в качестве стратегического оборонительного оружия нашей тяжелой "семерке". Главный конструктор М.К.Янгель уже приступал к разработке подобной ракеты. Скороспелый прогноз академика Сахарова на счет массы водородного заряда не оправдался. Она оказалась намного меньшей.

Стартовая позиция располагалась в пустынной части южно-казахстанского края, в сорока километрах от железнодорожной станции Тюра-Там, недалеко от которой вдоль берега мутной и быстрой реки Сыр-Дарья создавалась хозяйственная база полигона. К нашему приезду последняя состояла из десятка бараков для солдат, нескольких домиков для офицеров, столовой и двухэтажного кирпичного расчетного бюро, предназначенного для обработки показаний датчиков, установленных на ракете.

Экспедиция разместилась в шести щитовидного типа бараках-гостиницах на самой позиции, дорога к которой бдительно охранялась сидящими на кочках степными орлами. Главные конструкторы поселились в финских домиках. Работали мы в отлично сделанном мон-тажно-испытательном корпусе. На непривычно суровый климат, обилие фаланг, соленоватую воду и плохое питание в офицерской столовой никто не жаловался - ведь полигон для ракетчиков являлся фронтовой полосой.

Подготовка к первому пуску велась тщательно и медленно, ибо по объему она была эквивалентна подготовке пяти одноступенчатых ракет типа Р5. Так что нам удалось в процессе заправки измерить и фактические жесткости ферм пусковой установки.

Одновременное включение всех двигателей "семерки" представляло исключительно красочное зрелище, сопровождаемое вдохновляющим ревом. Хотя в общем ее полет оказался неудачным, задача его в части отработки старта ракеты была полностью выполнена. Мы получили много ценнейшей информации о работе конструкции и систем, о характере их нагружения при запуске двигателей и их выключении, а также данные, необходимые для уточнения математических моделей, используемых для описания динамических свойств пакетной системы.

Конечно, было обидно, что авария произошла из-за пустякового производственного дефекта - негерметичности стыка какой-то трубочки подачи горючего в управляющий движок одного из ускорителей, в результате которой возник пожар.

Вторую машину через месяц сняли с пускового устройства после трех безуспешных попыток запустить ее двигатели. И опять из-за производственного дефекта - неверно был установлен один клапан.

У третьей машины через полминуты после старта вышла из строя система управления вследствие некачественного монтажа штепсельного разъема между ускорителем и второй ступенью.

Глушко выразил сомнение в целесообразности продолжения пусков при столь ненадежной технологии контрольных испытаний дорогой ракеты. Королев же представлял их итоги в оптимистическом свете, ссылаясь на то, что и большинство стартов "Атласа" также были аварийными. Его заботило поведение заказчика, который явно терял интерес к ней. Под свежим впечатлением очередной дискуссии по ее перспективам он собрал руководителей расчетных подразделений проектного отдела: "Военные хотят прикрыть "семерку"! Считают ее чрезмерно громоздкой и сложной в эксплуатации, а стартовую позицию уязвимой. Думайте, что с ней делать!"

К разрабатываемому в КБ спутнику все относились также, как к множеству других академических объектов, эпизодически забрасываемых на большие высоты принятыми на вооружение боевыми ракетами. И не все смежники разделяли стремление Королева "чтобы первый искусственный спутник Земли был советским, был создан советскими людьми". Полагали, что его проектирование отвлекает от решения основной задачи - изготовления межконтинентальной ракеты. Указывали, что у американцев спутниками занимаются исследовательские лаборатории военных ведомств, а не создававшая "Атлас" фирма "Конвэр". И для их запуска они разрабатывали специальную небольшую трехступенчатую ракету "Авангард".

Благодаря содействию академика М.В.Келдыша, выполнявшего роль посредника между руководством страны и главными конструкторами ракетной техники, Королев смог все же добиться в ЦК согласия на его создание. Когда он убедился, что сроки его готовности не укладываются в график запуска американского спутника, решительно переключился на проектирование упрощенной до предела конструкции, способной продемонстрировать лишь факт своего существования. И в начале этого года получил добро от ЦК на его выведение на орбиту Земли, но только после двух успешных стартов ракеты Р7. А вот их как раз и не было.

И вот, наконец, в августе обе ступени четвертой машины сработали нормально, о чем ТАСС сообщил всему миру. Американцы, основываясь на своем представлении об общем научно-техническом уровне развития нашей страны, не поверили ему. Считали, что "русские ракеты могут выглядеть, как сделанные топором". Не допускали и мысли о том, что их может кто-то догнать и не торопились со своим спутником.

Окрыленный Сергей Павлович пустил пятую машину уже через десять дней, а четвертого октября 1957 г. весь мир смог услышать позывные первого спутника Земли, созданного под его руководством. Сила психологического воздействия этого спутника оказалась неожиданной для всех, в том числе и для шокированных мощностью нашей ракеты американцев.

Возможность использования резонансного состояния мирового общественного мнения, вызванного полетом маленького шарика вокруг нашей уникальной планеты, в целях пропаганды ухватил Н.С.Хрущев. Он попросил Королева вывести второй спутник к сороковой годовщине Октября для демонстрации преимуществ социалистического строя. Этот спутник и определил судьбу ракеты Р7. Сделал ее носителем космических аппаратов.