"Авиация и космонавтика", 1994, №5-6, с. 42-43.
Сканировал Игорь Степикин
ИЗ ИСТОРИИ КОСМОНАВТИКИ
НА ПЕРВОМ ЭТАПЕ
И. ПРУДНИКОВ, доктор технических наук
История развития отечественной ракетно-космической техники богата интересными фактами. В предлагаемой статье нашли отражение некоторые принципиально новые моменты, привнесенные в разработку ракет дальнего действия конструкторским бюро Сергея Павловича Королева.
Как известно, процесс создания первой отечественной баллистической ракеты Р-1 начался с изучения технического опыта Германии. С этой целью по окончании Великой Отечественной войны туда была командирована большая группа гражданских и военных специалистов.
В КБ С. Королева, которое в то время было конструкторским отделом НИИ-88, в июне 1946 года были привезены разрозненные узлы ракеты Фау-2 с далеко не полным комплектом технической документации, что и стало базой для разработки ко второй половине 1947 года комплекта технической документации на ракету, получившую обозначение Р-1. Специалисты КБ, сохраняя конструктивно-компоновочную схему Фау-2, внесли ряд принципиальных улучшений и усовершенствований систем, агрегатов и конструкции.
Так, введение схемных изменений и применение новых элементов позволило повысить надежность системы управления. Успехов добились и в результате тщательной экспериментальной отработки двигательной установки. За счет применения более прочных конструкционных материалов представилось возможным снизить сухой вес ракеты и повысить прочность отдельных ее элементов. Наряду с этим были применены неметаллические материалы (резина, покрытия, масла и др.), обеспечивающие большую надежность и долговечность Р-1 при ее эксплуатации в климатических условиях нашей страны.
Все это привело к улучшению основных летно-тактических характеристик ракеты. Показательно, что из 11 пусков в октябре-ноябре 1947 года Фау-2 (индекс А-4), собранных из трофейных узлов и деталей, шесть были аварийными. Из 29 Р-1 первой и второй серии, запущенных в 1948 и 1949 годах, аварии потерпели только три. Дальность полета Р-1 превышала эту характеристику Фау-2 на 20 км, а точность стрельбы возросла в два раза.
Еще только развертывались работы по Р-1, а в КБ уже приступили к созданию более совершенной ракеты Р-2.
Прежде всего в результате анализа расчетно-теоретических и экспериментальных данных по жидкостному ракетному двигателю (ЖРД) ракеты Р-1, выполненного конструкторским бюро Валентина Петровича Глушко, была выявлена возможность форсирования его тяги до 37 тс при одновременном повышении удельного импульса до 210 с (у ЖРД ракеты Р-1 27,2 тс и 206 с соответственно). Следующий момент. Топливные баки Р-1 размещались внутри несущего стального корпуса, представлявшего собой цилиндр из полуоболочек с продольным и поперечным силовым набором. При этом между баками и корпусом прокладывалась теплоизоляция из стекловаты. Для снижения веса конструкции в ракете Р-2 бак горючего сделали несущим, то есть воспринимающим все нагрузки, в результате чего часть корпуса стала не нужна. Бак окислителя, ввиду отсутствия в то время достаточного опыта работы с жидким кислородом, размещался no-прежнему в силовом корпусе.
Принципиальным решением также было введение по предложению заместителя Главного конструктора Василия Павловича Мишина отделяющейся головной части, что позволило уменьшить массу корпуса ракеты, ее систем и агрегатов, так как расчет их на прочность в этом случае производился только на нагрузки участка выведения, которые значительно меньше нагрузок, действующих в атмосфере на участке снижения. Дело в том, что ракета с неотделяющейся головной частью падала в заданную точку целиком, а для обеспечения расчетной точности попадания нельзя было допускать даже ее частичного разрушения на нисходящей ветви полета. Кроме того, отделяющаяся головная часть за счет значительно меньших по сравнению с ракетой размеров, существенно большей нагрузки на мидель, имеет более стабильную траекторию, что повышает вероятность поражения цели.
Это нововведение было использовано затем при проектировании всех без исключения ракет дальнего действия.
Для улучшения эксплуатационных характеристик ракеты и снижения веса приборов системы управления приборный отсек выполнили герметизированным и расположили непосредственно над отсеком двигательной установки (приборный отсек ракеты Р-1 располагался над баковым).
При этом были разработаны более совершенные приборы системы управления и введена боковая радиокоррекция траектории выведения.
В результате создали ракету с дальностью полета около 600 км при массе головной части в полтора раза большей, чем у Р-1. Рассеивание точек падения головной части Р-2 находилось в тех же пределах, что и для Р-1, несмотря на увеличение дальности полета примерно в два раза.
Создание баллистических ракет первого поколения Р-1 и Р-2 положило начало отечественному практическому ракетостроению в области разработки, технологии и производства. Работа над Р-5 стала качественно новым этапом.
При увеличении стартовой массы ракеты Р-5 на 37% (27,9 т) по сравнению с Р-2 дальность стрельбы возросла в два раза при практически равных массах головных частей. Это обеспечивалось главным образом увеличением удельного импульса двигателя на 9 единиц (219 с) и существенным (на 25%) уменьшением относительной конечной массы (без головной части) конструкции ракеты (0,1235), что интегрально во многом характеризует техническое совершенство ракет вообще.
Многое внедрялось впервые. Так, оба топливных бака ракеты были сделаны несущими. Опыт эксплуатации ракет Р-1 и Р-2, а также расчеты и эксперименты показали, что испарение жидкого кислорода во время нахождения ракеты на стартовом устройстве и на участке выведения не столь значительно и что при соответствующей подпитке кислородного бака на стартовом устройстве можно полностью обойтись без теплоизоляции бака и несущего корпуса. С тех пор такой подход стал обычным в ракетостроении.
Для уменьшения гарантийных остатков топлива в обоих баках впервые были установлены специально разработанные воронкогасители.
Также впервые наряду с автономной системой управления применили системы радиоуправления дальностью, боковой коррекции и аварийного выключения двигателя.
Управление на ракетах Р-1 и Р-2 осуществлялось газоструйными и воздушными рулями, заимствованными по форме и размерам от Фау-2. Они имели относительно большое лобовое сопротивление и ряд других недостатков. В итоге заметная часть тяги ЖРД расходовалась не на разгон ракеты, а на управление ею.
В связи с этим в лаборатории газоструйных рулей (начальник лаборатории С. Фонарев, его заместитепь — автор этих строк) совместно со специалистами в области аэрогазодинамики (руководитель В. Рощин) провели теоретические и экспериментальные исследования.
В результате для Р-5 были созданы рули стреловидной формы, аэродинамическое качество которых в 1,6 раза выше, чем у имевшихся, уменьшились лобовое сопротивление (примерно на 30%) и в целом масса органов управления. Все это существенно сказалось на увеличении дальности полета.
В дальнейшем газоструйные рули типа Р-5 использовались на всех отечественных ракетах, вплоть до применения в качестве органов управления специальных реактивных двигателей или управления полетом путем поворота камер маршевых двигателей или регулирования их тяги.
Так как головная часть Р-5, входя в плотные слои атмосферы (высота около 100 км) со скоростью 3000 м/с, сильно нагревалась, для защиты ее корпуса под руководством А. Северова и В. Никулиной были созданы специальные теплозащитные материалы. И хотя они в дальнейшем применения не нашли, разработанные принципы широко использовались, в том числе при создании головных частей межконтинентальных баллистических ракет. Они предусматривали применение сублимирующих высокоэнтальпийных материалов. При этом выделявшаяся при трении в плотных слоях атмосферы тепловая энергия поглощалась за счет сублимации поверхностного слоя покрытия и постоянно отводилась при его уносе. Так удавалось не допускать перегрева элементов конструкции и боевой части.
Вслед за Р-5 была знаменитая межконтинентальная баллистическая ракета Р-7 — родоначальница ряда используемых и сегодня ракет-носителей "Восток", "Молния", "Союз". Но это — тема отдельного разговора.
Достижение результатов, о которых рассказано в статье, было бы невозможно без высокого уровня организации всего комплекса работ от идеи и проекта до летных испытаний. Как иначе можно было завершить разработку Р-1 в 1949-м, Р-2 — в 1951-м, Р-5 — в 1953 году? И это при всей технической сложности ракет, неизведанности пути первого периода их создания и трудностях послевоенного времени. Этот этап положил начало и изучению космического пространства с помощью ракет.
Так, с использованием модификаций Р-1 (1РБ, 1PB, 1РД и 1PE), поднимавшихся до высот 100 км, исследовались состав первичного космического излучения и его взаимодействие с веществом, физические и химические характеристики воздуха на больших высотах, спектральный состав излучения Солнца, поглощающая способность озона, жизнедеятельность живых организмов в условиях больших высот и нарастающей перегрузки при подъеме на ракете и возможности спасения после подъема.
С помощью модификации ракеты Р-2 (2РА), вертикально взлетавшей на 200 км, кроме того, регистрировали характеристики ультрафиолетового излучения Солнца, фотографировали окружающее пространство.
Исследовательские ракеты Р5А, Р5Б, Р5В, созданные на базе Р-5, применялись для изучения верхних слоев атмосферы до высот 500 км, а также медико-биологических исследований на подопытных животных, для оценки аэродинамического нагрева тел при гиперзвуковых скоростях, отработки средств приземления.
Несомненная заслуга в становлении у нас работ по исследованию космического пространства с использованием ракет принадлежит Сергею Павловичу Королеву Это было первым шагом к заветной цели — использованию космоса в интересах человечества.