вернёмся в библиотеку?

«Земля и Вселенная» 1993 №5




Из истории науки


Ракета 09 — первая
отечественная жидкостная

60 лет назад был произведен запуск первой отечественной жидкостной ракеты, с которой началось развитие новой отрасли промышленности.

90 лет назад в России была опубликована первая часть статьи К. Э. Циолковского «Исследование мировых пространств реактивными приборами». Работа скромного калужского учителя не только начала теоретические изыскания в совершенно новой области науки и техники — космонавтике, но сразу же точно указала основное, а в то время и единственно реальное средство проникновения человека в космос — жидкостную ракету. Эта работа — результат четвертьвекового целеустремленного творчества — стала подлинной «библией» космонавтики. В 1911-12, 1914 и 1929 гг. вышли продолжения «Исследования...», а затем и целый ряд дополнивших его трудов. Еще более 30 лет Константин Эдуардович развивал и совершенствовал и саму теорию реактивного движения и космических полетов, и конструкторские предложения, направленные на ее реализацию. Хотя особенности устройства и принципиальные преимущества жидкостной ракеты были им досконально обоснованы еще в 1903 г., прошло еще 23 года, прежде чем она взлетела.

Одним из конструкторов, сделавших начальные практические шаги в современном ракетостроении, был американский экспериментатор Р. Годдард (1882-1945). В 1931 г. стартовали жидкостные ракеты в Германии, и наконец, в 1933 г. — в нашей стране. Причем все это были не «грандиозные и особым образом устроенные» ракеты, о которых мечтал их великий изобретатель, а простейшие летательные снаряды, едва осилившие высоты сначала в десятки, потом в сотни и, наконец, немногие тысячи метров. Но и эти запуски были большим достижением, которое, кстати, до начала второй мировой войны не удалось осуществить ни во Франции, ни в Италии, где делались попытки в этом направлении. Это еще одно свидетельство, насколько сложен путь к созданию принципиально новой техники и сколь велик трудовой подвиг пионеров ракетостроения.

Но вернемся в 30-е годы. Труды К. Э. Циолковского и его последователей уже доказали, что реактивный принцип может быть с успехом использован не только в космических, но и в «земных» целях: для преодоления скоростного и высотного барьеров, ставших на пути авиации, и для создания ракетных снарядов с гораздо большей, чем у ствольной артиллерии, дальностью полета или мощностью залпа. В напряженной и милитаризированной обстановке эксперименты, начатые энтузиастами межпланетных сообщений с простейшими ракетными снарядами, были замечены правительствами. В Германии и в СССР они получили поддержку и значительное финансирование, что сразу же придало им существенный размах и возможность коллективной работы. В США Годдард, будучи индивидуалистом в творческой работе, не смог получить подобной поддержки. Видимо поэтому ему, несмотря на более ранний «старт», многолетний упорный труд и множество перспективных идей, так и не удалось создать эффективно работающий жидкостный ракетный двигатель (ЖРД) и надежную ракету.

Сотрудники второй бригады ГИРД, занимавшейся созданием ракеты 09, в своей рабочей комнате в подвале дома № 19 по Садово-Спасской улице. Слева направо: З. И. Круглова, Ф. Л. Якайтис, О. К. Паровина, М. К. Тихонравов, О. И. Снегирева, Н. И. Ефремов, А. Г. Костиков, Н. И. Шульгина, 1933 г.

В СССР практические работы, направленные на создание ЖРД, развернулись с 1930 г. почти одновременно в двух организациях — в Центральном институте авиационного моторостроения в Москве под руководством Ф. А. Цандера и в Газодинамической лаборатории в Ленинграде под началом Б. С. Петропавловского. Они сразу же пошли по различным направлениям: теоретико-экспериментальному, характерному для авиационной науки того времени, и сугубо эмпирическому, который исповедовали «артиллеристы». Цандер изготовил маленький опытный ракетный двигатель ОР-1, который мог на сжатом воздухе и бензине работать целыми часами, и с его помощью пытался получить данные, необходимые для проектирования первого полноразмерного ЖРД ОР-2 на жидком кислороде и бензине и предназначенного для установки на ракетоплан. Петропавловский и приглашенный им к этой работе молодой изобретатель-электрик В. П. Глушко (впоследствии главный конструктор ракетных двигателей) для отработки каждого элемента ЖРД разрабатывали новую конструкцию стендовых опытных ракетных моторов ОРМ, рассчитанных на кратковременный запуск. К концу 1933 г. было создано 52 конструкции (на азотной кислоте и керосине). Последние из этих двигателей предназначались для установки на ракеты, но осуществить полет с ними, хотя попытки и делались, так и не удалось.

«ПРОЕКТ 09»

Поскольку работы Цандера в ЦИАМе поддерживались недостаточно, он в содружестве с молодым авиаконструктором С. П. Королевым, мечтавшим оснастить свой очередной аппарат ракетным двигателем, организовал при оборонном обществе — Осоавиахиме — творческий коллектив, названный Группой изучения реактивного движения (ГИРД) и объединивший многих энтузиастов ракетной техники. В апреле 1932 г., благодаря поддержке заместителя наркома по военным и морским делам М. Н. Тухачевского, Группа (её начальником был назначен Королев) смогла организовать конструкторское бюро из четырех проектных бригад (с производственными мастерскими) и развернуть серьезные исследования, которые к концу 1932 г. велись по восьми самостоятельным проектам. Но работы шли гораздо медленнее, чем поначалу рассчитывали энтузиасты. Одна за другой возникали проблемы, не предсказанные теорией, и надежды увидеть работающий ЖРД и летящий ракетоплан все более отодвигались. Чтобы поддержать веру коллектива в успех и особенно у тех, кто обеспечивал его средствами для работы, нужен был наглядный и убедительный эксперимент. Тогда Королев принял решение сделать шаг назад и взяться еще за один — девятый проект. Так в планах ГИРД появился новый пункт: «09 — ракета-снаряд под данные, соответствующие по дальности и весу полезного груза снаряду 122-мм гаубицы, с двигателем, работающим на жидком кислороде и твердом бензине». Проектирование было поручено второй бригаде, возглавлявшейся самым опытным в ГИРД авиаконструктором М. К. Тихонравовым (Земля и Вселенная, 1991, № 6, с. 54. — Ред.).

Особая простота ракеты достигалась необычным решением: ее горючее — твердый бензин, представлявший собой вязкую массу, — заранее помещали в камеру сгорания двигателя. Он намазывался толстым слоем изнутри камеры и удерживался у ее стенок металлической решеткой, защищая их от пламени в течение почти всего времени работы двигателя. Так удалось обойти самую сложную тогда проблему охлаждения двигателя, полностью решенную только годы спустя. Еще одно упрощение состояло в том, что на ракете решили не устанавливать специальную систему подачи топлива: жидкий кислород выдавливался из бака в камеру двигателя под давлением собственных паров.

Через несколько месяцев чертежи «проекта 09» были сданы в производство, и ракета получила официальное обозначение «ГИРД Р-1». Но поскольку в истории ракетной техники есть ряд других ракет Р-1, то за первой ракетой привилось название ГИРД-09, или просто «ракета 09», поскольку сами гирдовцы всегда называли ее «девяткой».

Несмотря на простоту, «проект 09» не был проектом в обычном смысле этого слова, а скорее представлял программу исследований. Здесь были воплощены в жизнь многие идеи, никогда и никем не проверявшиеся. Поэтому некоторые узлы и детали ракеты проектировались в нескольких вариантах, практичность которых определялась в процессе отработки, начавшейся в марте 1933 г. Большие трудности возникли при огневых испытаниях: топливо не воспламенялось, струи кислорода размывали бензин и прожигали стенки камеры сгорания, заряд сгущенного бензина выбрасывался из камеры, прогорало сопло, в камере происходили взрывы.

Возможности ГИРД в изготовлении деталей и узлов ракеты и проведении испытаний были весьма ограничены. Там, где, по существу, следовало бы провести десятки запусков, приходилось довольствоваться одним-двумя. Это вело к тому, что для исследования влияния возможно большего числа факторов приходилось ставить на испытания двигательные установки, отличающиеся друг от друга не одним, а несколькими элементами, что затрудняло выявление роли каждого из них. Дело затруднялось и несовершенством экспериментального оборудования. Все запуски производились на балансирном станке, оснащенном только пружинным динамометром для замера тяги и манометрами.

К началу августа провели 23 огневых испытания, и двигательная установка достигла такого совершенства, что ее можно было установить на ракету для летных испытаний, уже рассчитывая на успех. Продолжительность ее работы была доведена до 30 с при максимальной тяге 53 кг и давлении в камере сгорания 5-6 атм. Параллельно с огневыми испытаниями в аэродинамической трубе Московского авиационного института проводились продувки корпуса ракеты без стабилизатора и со стабилизатором различной формы, позволявшие сделать более совершенной внешнюю компоновку ракеты. Длина ракеты составляла 2405 мм при диаметре миделя 180 мм и размахе стабилизатора 630 мм.

Кислородный бак ракеты 09, установленный для гидравлических испытаний на прочность в мастерских ГИРД. Март 1933 г.
КОНСТРУКЦИЯ РАКЕТЫ

Корпус ракеты был разделен на четыре отсека: парашютный, полезного груза, топливный и хвостовой. В топливном отсеке устанавливался длинный цилиндрический кислородный бак из дюралевой трубы. В верхней его части располагался дренажно-предохранительный клапан, а снизу — кран, открывший доступ кислороду в двигатель. Оболочки отсеков из алюминиевого сплава были усилены стрингерами и продольными гофрами. Камера двигателя внутри хвостового отсека определяла диаметр ракеты. По расчетам при стартовой массе 18,95 кг, полезном грузе 6,2 кг и запасе топлива 7,82 кг ракета должна была достигнуть скорости 275 м/с и высоты 5 км. Несмотря на тщательную подготовку к полету две первые попытки пуска не удались. Подводили мелочи, возникавшие из-за полного отсутствия опыта. Хотя по современной классификации двигатель ракеты 09 должен считаться не жидкостным, а гибридным, ракета все же была типично жидкостной: три четверти запаса ее топлива составлял жидкий кислород, он постепенно подавался из бака в камеру сгорания, где происходили такие же процессы, как и в камере ЖРД — впрыск окислителя, испарение, смешение и горение окислителя и горючего. Время работы двигателя, его удельный вес, теплонапряженность и расходонапряженность были типичными для жидкостных, а не твердотопливных двигателей того времени. И наконец, летные характеристики ракеты получились такими же, как у ракет с ЖРД.


Ракета 09 в пусковом станке


Двигатель «девятки», прогоревший во время испытаний

НАКОНЕЦ ПОЛЕТ!..

17 августа 1933 г. группа гирдовцев во главе с С. П. Королевым вновь привезла ракету на полигон в районе подмосковного поселка Нахабино. Ракета была установлена в пусковой станок с направляющими, выполненными из труб длиной около 4 м, заряжена бензином и заправлена жидким кислородом. Подготовку к пуску осуществляла производственная бригада ГИРД, руководимая Е. М. Матысиком. Из блиндажа управляли пуском Н. И. Ефремов и З. И. Круглова.

Части ракеты, найденные в лесу недалеко от стартовой площадки после полета: вверху — передняя, внизу — задняя

...В кислородном баке начинает подниматься давление. Когда оно достигает 13,5 атм, Королев поджигает бикфордов шнур, идущий к выбрасывателю парашюта, и уходит со стартовой площадки за окружающие ее деревья. И вот следует команда: «Контакт!». На свечу зажигания подается ток. Из сопла вырывается пламя, и ракета медленно выходит из станка, ускоряя движение. Через несколько секунд она уже на высоте около 400 м, где вдруг резко наклоняется и по пологой траектории, с еще работающим двигателем, скрывается в лесу (там ее вскоре нашли врезавшейся в землю и разломившейся на две части).

Весь полет занял 18 с. Ракета не достигла и одной десятой расчетной высоты, когда подвел двигатель. Из фланцевого стыка, соединяющего камеру сгорания с ее дном, выбило прокладку. В появившийся зазор стали истекать газы, создавая опрокидывающий момент. Дефект был несложным и не уменьшил у гирдовцев сознания их большой технической победы. «Первая советская ракета на жидком топливе пущена! День 17 августа несомненно является знаменательным днем в жизни ГИРД и начиная с этого момента советские ракеты должны летать над Союзом Республик», — писал вскоре в стенгазете С. П. Королев.

Воспользовавшись успехом, С. П. Королев в своей докладной записке руководству еще раз поставил вопрос об ускорении создания Реактивного института, уже около двух лет обсуждавшийся в правительственных инстанциях, и о выделении средств на постройку первой опытной серии ракет. «От первого шага, доказавшего правильность выбранной схемы, — писал Королев, — можно будет перейти к дальнейшему усовершенствованию и получению летающих ракет больших калибров со скоростями полета 800-1000 м/с и дальностью полета в несколько сотен-тысяч километров».

При разработке серийного варианта ракеты, получившего обозначение «объект 13», в конструкцию внесли ряд усовершенствований: увеличили тягу двигателя, изменили систему заправки кислородом, установили каплевидные обтекатели над заправочными штуцерами, выступавшими за обводы корпуса в верхней части. Всего было изготовлено шесть ракет 13, пять из них совершили полеты, в трех из которых была достигнута высота 1500 м. Несомненно, что в дальнейшей работе с этой машиной ее создатели добились бы расчетной высоты полета, но тогда они уже были поглощены разработкой новых, более сложных проектов.

В результате создания «объектов 09» и «13» впервые в нашей стране получен практический опыт по всему циклу работ с жидкостной ракетой, включая сложные для того времени операции с жидким кислородом в полевых условиях, достигнут устойчивый полет по вертикальной траектории с небольшим (по сравнению с пороховыми ракетами) ускорением, апробированы методы баллистических, прочностных и тепловых расчетов, закладывавшие основы теории проектирования ракет. И главное: исторический полет 17 августа ознаменовал рождение в СССР новой области машиностроения.

Новые экспериментальные жидкостные ракеты, появлявшиеся в РНИИ, к 1941 г. достигли дальности более 20 км, а в послевоенный период, когда в стране была создана мощная ракетостроительная промышленность, дальность их полета стала неограниченной. Таким образом их создатели, талантливые инженеры и конструкторы помогли предотвращению надвигавшейся на СССР угрозы новой войны и ускорили освоение космического пространства.

Ю. В. БИРЮКОВ,
зав. историческим сектором
ЦНИИмвш