«Техника-молодежи» 2003 г №8, с.8-11
Исследовательский центр имени М.В. Келдыша — один из ведущих наших НИИ в области ракетостроения и исследования космического пространства. За 70 лет своего существования он был причастен практически ко всем заметным событиям в истории нашей страны. Мы попросили рассказать об истории этого уникального предприятия, его сегодняшнем и завтрашнем дне нынешнего директора института, академика А.С.КОРОТЕЕВА.
— Анатолий Сазонович, говорят, ваше предприятие ведет свою родословную от знаменитого РНИИ?
— Это действительно так. Институт наш был образован в 1933 г. Это был первый НИИ в мире, который специально занялся проблемами реактивного движения. А потому первоначально он так и назывался — Реактивный научно-исследовательский институт.
Основу его составили две совершенно различные исследовательские группы. Одна представляла собой ГИРД — московскую Группу изучения реактивного движения во главе с А.Ф. Цандером и С.П. Королевым. И вторая — это ленинградская Газодинамическая лаборатория. Причем если ленинградская группа состояла из профессионалов, занимавшихся созданием реактивного вооружения, то вот москвичи большей частью были энтузиастами, которых занимали проблемы межпланетных полетов, создания аппаратов для исследования космоса.
Первым директором института стал И.Т. Клейменов, а его заместителем — С.П. Королев. В этой роли Сергей Павлович пробыл около года, а затем его сменил Г.Э. Лангемак. Королев же возглавил отдел крылатых ракет, которым и руководил до 1938 г.
— Вероятно, столь разноплановым специалистам трудно было ужиться под крышей одного учреждения?
— А с них никто и не требовал, чтобы они работали, так сказать, в одной упряжке. Соединение вместе двух разнородных групп определило и достаточно разнородную тематику РНИИ. Здесь предпринимались и попытки создания первых отечественных жидкостных ракетных двигателей, и первые прикидки, с помощью каких ракетных аппаратов можно выйти в космическое пространство, и велись разработки боевого ракетного оружия...
Наиболее серьезной работой этого периода было, пожалуй, создание системы реактивного залпового огня, которая впоследствии получила название «Катюши». Это был действительно эпохальный момент в довоенной жизни нашего института.
— Говорят, с этой разработкой было далеко не все гладко, как это иной раз ныне рассказывают?
— Действительно, столь известное в истории Великой отечественной войны оружие рождалось в весьма непростых условиях. Ныне в это трудно поверить, но в течение трех лет создателям его пришлось доказывать во всех инстанциях его эффективность и перспективность.
Не способствовала скорейшему развертыванию работ и смена руководства института: Лангемак и его команда были арестованы. Недавно мы получили доступ к рассекреченным архивам того времени, и намерены рассказать все подробности этой истории в книге, посвященной нашему центру. Пока же скажу, что в результате стечения многих обстоятельств, серийное производство «Катюш» начали разворачивать уже перед самой войной.
— А это правда, что, вопреки распространенному мнению, немецкие специалисты намного обогнали наших в создании ракет и реактивного оружия?
— И мы, и американцы широко использовали немецкий опыт. Когда в конце Второй мировой войны, когда в СССР стали известны немецкие работы в области ракетного вооружения, в частности работы по ракете «Фау-2», в Германию были откомандированы особые группы советских специалистов для изучения этого оружия под руководством тогдашнего директора института Федорова. Ездил в Германию и только что вышедший из заключения С.П. Королев, и Б.Е. Черток, и многие другие ученые и инженеры, ставшие потом генеральными и главными конструкторами тех или иных областей советского ракетостроения.
Эти командировки или, как ныне принято говорить, миссии были весьма закрытыми. Поэтому в литературе и по сей день по этому поводу содержится масса неточностей. Многие из них мы постараемся опять-таки исправить в своей книге. Заодно и объясним, как нашим специалистам удалось в кратчайшие сроки перенять немецкий опыт и начать собственные работы в этой области. Ведь уже 13 мая 1946 г., через год после окончания войны, советским правительством было принято специальное постановление о развертывании работ по созданию отечественного ракетостроения.
— Как все это отразилось на вашем институте?
— Он практически пережил свое второе рождение. Из него также выделяется целая группа предприятий, которые затем получили всемирную известность. В качестве примера я могу назвать коллектив A.M. Люльки, занявшийся разработкой турбореактивных двигателей. А вспомним о нынешнем Московском институте теплотехники; некогда он начался с группы сотрудников РНИИ, занимавшихся разработкой новых видов ракетного оружия на основе твердотопливных ракет. А коллектив во главе с A.M. Исаевым занялся жидкостными ракетными двигателями. Эти работы привели к созданию первого нашего ракетного самолета БИ-1 и некоторых других машин.
Сам же наш институт с 1946 г. возглавил Мстислав Всеволодович Келдыш, который пришел из ЦАГИ. Он начал проводить линию фундаментального развития новых направлений.
— Нельзя ли поподробнее...
— В частности, Келдыш сформировал три главных направления исследований. Во-первых, он поставил фундаментальные исследования процессов горения и создание на их основе первых образцов качественно новых жидкостных ракет и двигателей для них.
Мы, пожалуй, первыми в мире стали использовать так называемую замкнутую схему, при которой турбинный газ не выбрасывается за борт, а используется в системе дополнительной тяги, проходя через камеру сгорания и сопло. Двигатели, сконструированные по такой схеме, между прочим, оказались намного эффективней тех, что когда-то стояли на «Фау-2». Эти исследования на многие годы определяют наше преимущество в области жидкостных ракетных двигателей. Кстати, это американцы признают и по сей день. Иначе они вряд ли бы стали использовать на своих ракетах «Атлас» наши двигатели РД-180.
Второе направление связано с термогазодинамикой высоких скоростей и температур. Ныне оно развивается под руководством академика Георгия Ивановича Петрова и обуславливает особенности истечения газов на столь высоких скоростях, рассматривает особенности тепловой защиты космических аппаратов, возвращаемых на Землю. Я, например, полагаю, что та система теплозащиты с помощью плиток, что используется на американских шаттлах и применялась на нашем «Буране», весьма далека от оптимальной. И последняя авария челнока «Колумбия» лишний раз подтверждает это. Разработанная у нас сплошная обмазка и по сей день применяемая на «Союзах», долгосрочной эксплуатацией доказала свою большую надежность и эффективность.
— Доводилось слышать, что ваши специалисты принимали участие и в создании первой в мире стратегической крылатой ракеты «Буря». Так ли это?
— Конструировалась «Буря» в КБ С.А. Лавочкина, а М.В. Келдыш был назначен научным руководителем этой разработки. Общими усилиями и было обеспечено создание межконтинентальной крылатой ракеты с прямоточным воздушно-реактивным двигателем. И не вина наших специалистов, что у этой разработки оказалась довольно драматическая судьба.
— И все-таки, почему от «Бури» пришлось отказаться?
— На мой взгляд, эта разработка опередила свое время. После первых удачных испытаний встал вопрос, надо ли разворачивать серийное производство таких ракет? А поскольку в то же время проходят удачные испытания межконтинентальных баллистических ракет с жидкостными двигателями, то выбор сделали в их пользу. Две крупномасштабные разработки, по всей вероятности, наша экономика уже не потянула бы...
Академик А.Коротеев.
Но все равно работы по «Буре» в дальнейшем послужили хорошим заделом при разработке крылатых ракет большой дальности.
— Анатолий Сазонович, говорят, у нас в свое время собирались строить и ракеты с ядерными двигателями?
— Да, это была весьма крупная и совершенно секретная программа, с которой связывались весьма амбициозные планы и у нас, и в США. Мы работали тогда со многими предприятиями Министерства среднего машиностроения, в том числе и с КБ «Химавтоматика», где проводились работы по этому двигателю.
В экспозиции нашего институтского музея вы можете увидеть один из образцов такого двигателя, который прошел успешные испытания в Семипалатинске на стенде. Он проработал 920 с, показав неплохие данные по удельной тяге. А время его работы на 200 с лишним секунд было больше, чем в аналогичных американских разработках.
Затем, правда, по ядерным двигателям было принято, я бы сказал, политическое решение. И в СССР, и в США работы были прекращены. И лишь в прошлом году американский конгресс принял решение вернуться к проблеме использования ядерной энергии в космическом пространстве.
Так что в данный момент мы, наверное, переживаем момент ренессанса в ядерной тематике. И новый генеральный директор НАСА Шон о'Кифи, когда приезжал в начале мая 2003 г. в Россию, на вопрос о ядерном двигателе прямо сказал, что иного пути развития дальних межпланетных полетов он просто не видит. И я полагаю, что при рассмотрении проблем полета на Красную планету как мы, так и американцы еще не раз будем возвращаться к использованию ядерных двигателей для этой цели.
— Не могли бы вы рассказать подробнее об устройстве такого двигателя?
— Схема его работы такова. Основу конструкции составляет тепловыделяющая сборка, внутри которой находится много уран-карбид-графитовых элементов. Именно в них выделяется тепло в процессе ядерной реакции. Оно снимается холодным водородом, который, проходя через сборку, нагревается до температуры свыше 3000°С и сильно разгоняется. Вытекая, он создает очень высокую тягу и благодаря этому космический корабль сможет двигаться с большой скоростью.
Такова схема двигателя так называемой открытой тяги. Она может быть очень эффективна в открытом космосе. Однако для использования в пределах Земли и околоземном пространстве такой двигатель вряд ли пригоден, поскольку имеет несколько крупных недостатков.
Прежде всего, он выбрасывает из сопла водород, сильно загрязненный радиацией. И это создает большие сложности в процессе наземной отработки подобных двигателей на стендах — нужно думать, как защитить от радиации обслуживающий персонал.
Поэтому на практике, наверное, будет использован ядерный двигатель закрытой схемы, не выбрасывающий активированный продукт за борт. В таком двигателе тот же разогретый водород первичного контура используется для нагрева теплоносителя во вторичном контуре. А тот уж поступает для выработки электроэнергии или для нагрева рабочего тела в ракетном двигателе, скажем, электроплазменного типа. Такая схема несколько сложнее, зато и радиоактивной «грязи» от нее значительно меньше.
— А что представляют собой электроплазменные двигатели? Наверное, это двигательные установки будущего?..
— Нет, разработка электроплазменных двигателей ведется нами уже в настоящее время. И на сегодняшний день достигнуты довольно большие успехи. В частности, по инициативе НПО прикладной механики из г. Красноярска впервые на российских спутниках вместо жидкостных маневровых двигателей стали использовать электроплазменные, ионные и некоторые другие... Кстати сказать, за разработку таких двигателей для коррекции и стабилизации орбиты группа сотрудников Центра имени Келдыша, КБ «Факел», НПО прикладной механики, МАИ и некоторых других организаций недавно была удостоена Государственной премии.
— Каков принцип их действия?
— Движущая сила здесь возникает следующим образом. В рабочей камере такого двигателя, между анодом и катодом, прикладывается высокое напряжение. И получающийся при этом поток ионов, управляемый магнитным полем, с силой выбрасывается через сопло.
Главным преимуществом электроплазменных двигателей уже ныне является их куда более высокая тяговая эффективность. Скажем, в свое время «Фау-2» — первая ракета, которая практически пошла в дело, имела двигатель, удельная тяга которого была лишь вдвое меньше, чем у многих нынешних ракет. Между тем, их двигатели уже близко подошли к теоретическому пределу для жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). Современные же электроплазменные двигатели создают удельную тягу в 5-6 раз большую. А это очень важно, если учесть, что каждый килограмм груза, выведенного на орбиту, обходится в 20-40 тыс. долларов США.
Кстати, на стендах нашего музея показаны примеры разработки так называемых холловских электроракетных двигателей, а также ионных двигателей. Их использование на спутниках оказалось весьма эффективным. Ныне по этому же пути пошли и специалисты США, Франции, Индии и Китая.
— Электроплазменные и им подобные двигатели, как мы понимаем, могут использоваться в качестве маневровых и разгонных на аппаратах, уже выведенных в космос. А есть ли какие-то новшества, используемые при старте?
— В скором времени, в частности, при работах по программе «Морской старт» будут испытаны изобретения, которые мы вместе с РКК «Энергия», специалистами из Перми внедрили, чтобы повысить эффективность жидкостных ракетных двигателей. Скажем, впервые во время старта будут использованы углерод-углеродные сопловые насадки.
До сих пор ЖРД в силу того, что их стенки необходимо охлаждать, имели неизменяемую в полете конфигурацию. А вот в твердотопливных ракетах есть сдвижные насадки, которые по мере набора высоты все удлиняют сопло ракетного двигателя. Это делается вот для чего. С увеличением высоты давление за бортом падает. А максимальное КПД двигателя обеспечивается тогда, когда давление на срезе сопла и давление за бортом примерно одинаковы.
Поэтому, чем выше поднимается ракета, тем большей должна была бы быть степень расширения газов, выходящих из двигателя. Но это было невозможно сделать, пока вся система была охлаждаемой. Когда же появились материалы, способные переносить высокие температуры без охлаждения, тут же на ЖРД тоже решили испробовать сдвигаемые насадки. Они увеличивают эффективность уже ныне имеющихся двигателей на 10-20 и более процентов.
— Что вы скажете о перспективах использования плазматронов?
— Наш институт немало сделал и в этом направлении. Плазматроны широко использовались (и используются), например, для испытания высокотемпературных материалов. Нами разработан самый мощный на сегодняшний день в мире плазматрон мощностью в 100 000 кВт. Он дает возможность на земле моделировать космические условия.
В дальнейшем оказалось, что подобные установки могут оказаться весьма полезными для переработки чрезвычайно вредных химических отходов и для ликвидации запасов биологического, бактериологического оружия. На выходе плазменной струи создается температура в 2500-6000°С, при которой даже самые стойкие соединения распадаются на более простые и менее ядовитые.
В настоящее время такие установки мы продаем не только другим организациям в нашей стране, но и за границу. Весьма интересуются, например, такими установками американцы, которые намерены использовать их для переработки промышленных и бытовых отходов.
— Не мешают ли вам при осуществлении подобных торговых операций требования секретности?
— Еще как мешают! Многие разработки института засекречены. И я понимаю, когда речь идет о разработках, которые поддерживают на должном уровне обороноспособность нашей страны. Но иной раз ругаться хочется. Хотя бы потому, что у нас доведена до абсурда та же система экспортного контроля.
Совершенно понятно, что экспортный контроль должен требовать ограничения распространения, например, оружия массового уничтожения, средств его доставки и т.д. Но мы, пожалуй, единственная страна, которая создала списки в интересах национальной безопасности, в которые вгоняется все новое в области высоких технологий. И что при этом происходит? Западные страны имеют внутренний рынок высоких технологий, где их обкатывают. Мы же такого рынка по существу не имеем. А стало быть, запрет на экспорт этих технологий фактически приводит к тому, что мы попросту их лишаемся. Пока их рассекретят, на Западе уже изобретут что-то подобное.
Взять, скажем, двигатель, использующий солнечную энергию для движения в космическом пространстве. Пока он еще не создан, неизвестно, насколько он будет эффективен. Хотя уже точно известно, что ни для каких военных приложений он использован быть не может — ведь военных действий в космосе вести никто не может, это запрещено соответствующими договорами. Но его уже вгоняют в списки товаров, запрещенных для взаимодействия с зарубежными партнерами. В то же время внутри страны попросту нет потребителей на этот двигатель. Стало быть, нам просто остается ждать, пока за рубежом сделают подобную разработку, внедрят ее, а мы потом, как обычно, кинемся вдогонку, упустив все выгоды первооткрывателя.
В общем, получается, ни себе ни людям.
— А как вы относитесь к многочисленным вариантам проработки нового поколения многоразовых космических кораблей и их носителей?
— Вариантов их модернизации очень много. Но я был бы пока осторожен в оценках, поскольку все те проработки, что мы имеем сегодня, экономически смотрятся неважно. Тот же шаттл уступает по экономическим показателям одноразовым носителям.
Нехорошая экономика получается и по космическим солнечным станциям, о которых в свое время было столько разговоров. Концентрирование солнечной энергии на орбите, превращение ее в СВЧ-лучи, передача на Землю — все это на сегодняшний день обойдется очень дорого, система не конкурентоспособна по сравнению с традиционными способами получения энергии. Тут необходимы новые решения.
| 1. Мстислав Келдыш — его имя носит институт. 2. Макет ядерного ракетного двигателя. 3. Так работает плазмотрон. 4. А так он выглядит. 5. Ракетные двигатели. Научное обеспечение их разработки — главная задача института. 6. 7, 8, 9. Пока — экзотика: электроракетный двигатель в работе. 10. Все начиналось с «Катюши»... |
Вообще я бы сказал, что космическая техника ныне находится в неком тупике. Возьмем хотя бы спутники. Очень многие из них при массе порядка тонны, имеют стоимость около 300-400 млн долларов. В общем, получается килограмм такого спутника дороже, чем золото, на порядок! Ну что стоит так много? Иногда говорят, так получается из-за электроники, которой они напичканы. Однако на наших глазах бытовые приборы, скажем, те же компьютеры, дешевеют с каждым днем. Их стоимость уже упала на два порядка. А спутники все остаются столь же дорогими.
По-видимому, львиная доля затрат приходится на их транспортировку. Кроме того, невозможность ремонта спутников на орбите вынуждает специалистов делать системы на них сверхнадежными, а значит, — сверхдорогими. Нужны качественно новые подходы транспортировки, построения космических систем. У нас до сих пор каждая ракета, каждый спутник представляют собой во многом индивидуальное изделие, изготовляемое практически целиком вручную. А какая разница в ценах между индивидуальным строительством и массовым, мы можем увидеть хотя бы на примере возведения домов. Индивидуальные проекты стоят очень дорого, осуществляются весьма медленно. Большинство из нас ныне живет все же в домах массовой застройки. Аналогично надо переходить к массовым технологиям и в космонавтике. А то ведь, несмотря на то, что космическая отрасль традиционно считается одной из наиболее технологичных, тут наблюдается явный застой. Мы и сегодня продолжаем эксплуатировать системы, созданные 20-30, а то и 40-50 лет тому назад. Какие автомобили разработки 50-х гг. прошлого века ныне в ходу? Разве что несколько музейных экземпляров... А вот в космонавтике активно используется еще королевская «семерка», доживают свой век шаттлы, первый полет которых был осуществлен более двадцати лет тому назад...
Получается, что в космической индустрии давно уж назрела необходимость в качественном скачке. Но для того, чтобы он осуществился, нужен приток в эту отрасль новых, свежих сил. Нужна талантливая молодежь Лично я надеюсь, что в скором времени космонавтику ожидает такой же бум, какой пережила электроника при переходе от ламп к твердокристаллическим структурам, микросхемам.
Беседу вели Владимир БЕЛОВ
и Станислав ЗИГУНЕНКО