1.7 Первые геофизические

1.7

Первые геофизические

Еще будучи в Германии, Сергей Королёв понял, что на основе «А-4» можно сконструировать более совершенную ракету с дальностью до 600 км. Установив, что немецкий двигатель поддается форсированию по тяге от 16 до 35 %, главный конструктор предложил пять вариантов новой ракеты, один из которых был принят за основу.

Предполагалось, что ракета, получившая обозначение «Р-2», будет в основном аналогична «А-4», но с удлинением цилиндрической части на 1,9 м, которое даст увеличение емкости баков. Несмотря на крайне сжатые сроки и высокую занятость, к концу 1946 года удалось подготовить полный комплект чертежей, пояснительную записку и даже изготовить три опытных образца «Р-2».

25 апреля 1947 года состоялась защита эскизного проекта ракеты «Р-2» на первом заседании ученого совета НИИ-88. Серьезную озабоченность вызывал один вопрос. Расчеты указывали, что удлиненная ракета будет просто разваливаться при возвращении в плотные слои атмосферы. Ссылаясь на работы Константина Циолковского по составным ракетам[67], Королёв выдвинул оригинальную идею: сделать боеголовку ракеты отделяемой, чтобы она падала на цель самостоятельно и не зависела на последнем участке баллистической траектории от носителя.

Н. А. Пилюгин и С. П. Королев и на полигоне Капустин Яр (1948 год, фото А. Набокова)

По ходу доработки проекта было предложено еще несколько революционных усовершенствований. Например, с помощью наддува баки можно было сделать настолько жесткими, чтобы они сами воспринимали и «держали» внешние нагрузки. За счет этого бак получается вместительнее и исчезает нужда в дополнительной защитной оболочке, которая утяжеляет ракету. Кроме того, исследования показали, что большие хвостовые стабилизаторы не улучшают летные характеристики ракеты и от них имеет смысл отказаться.

К концу 1947 года проект был доработан, однако новую оригинальную схему удалось реализовать лишь частично: ограничились несущим баком горючего, оставив защитную оболочку на кислородном баке и хвостовой отсек со стабилизаторами. Сделать кислородный бак несущим предполагалось в окончательном варианте ракеты. Поэтому первый вариант был выделен в особую программу, а ракета получила обозначение «Р-2Э».

Схема баллистической ракеты «Р-2» (рисунок А. Шлядинского):

1 – наконечник с головным взрывателем; 2 – боевая часть; 3 – стабилизирующая юбка головной части; 4 – бак горючего; 5 – торовый баллон сжатого воздуха; 6 – бак окислителя; 7 – тоннель трубопровода горючего; 8 – теплоизоляция из стекловаты; 9 – приборный отсек; 10 – хвостовой отсек; 11 – торовый бак перекиси водорода; 12 – турбонасосный агрегат; 13 – рама ракетного двигателя; 14 – стабилизаторы; 15 – камера сгорания и сопло; 16 – воздушные рули; 17 – газовые рули

Пристального изучения требовал и вопрос отделяемой боеголовки. Сначала инженерам НИИ-88 казалось, что в новой «составной» схеме нет ничего сложного: двигатель выключается, боеголовка отбрасывается пружиной или отстреливается пиропатроном. Но почти сразу проявились трудности: пока двигатель работает, боеголовку не отделишь (двигатель как бы подпирает ее снизу корпусом ракеты), а после выключения двигателя отделять ее невыгодно, ведь ракета уже неуправляема и боеголовка может отклониться от курса. Поэтому отделять надо точно в момент выключения двигателя. Но в том-то и дело, что этого момента не существует! После отсечки топлива догорание в камере продолжается, тяга стремительно уменьшается, а совсем исчезает лишь через 7-10 секунд. Для определения точного момента отсечки требовалась математическая модель догорания топлива, но на ее создание могли уйти месяцы, если не годы.

Сергей Королёв решил не дожидаться появления теоретических соображений по этому поводу, а провести опытные отстрелы боеголовки на «Р-1» – он полагал, что ко времени, когда начнутся испытания «Р-2Э», все вопросы с отделяемой головной частью будут решены. Так появилась ракета «Р-1А» – «Аннушка», как ласково называли ее на полигоне.

Работа над отделяемой боеголовкой позволила Королёву сделать следующий шаг – пригласить к участию в ракетной программе академических ученых. Сергей Павлович продолжал гнуть свою «космическую» линию в ракетостроении, и ему были нужны проверенные данные по высшим слоям атмосферы, чтобы приступить к проектированию космических аппаратов.

Интересно, что еще в 1944 году ученые Физического института Академии наук обсуждали вопрос о создании пороховой ракеты «210», способной поднять на высоту 40 км приборы, измеряющие космическую радиацию. В июне 1946 года под Ленинградом были запущены три такие ракеты с аппаратурой, изготовленной группой профессора Сергея Николаевича Вернова[68], однако все старты завершились авариями. Впрочем, Вернов не разочаровался в идее, а когда до него дошли слухи, что где-то в заволжских степях пускают большие ракеты, стал наводить справки и добрался до Королёва.

Летом 1947 года главный конструктор пригласил профессора Вернова и его сотрудников в Подлипки, водил по заводу и бюро, показывал образцы ракетной техники, которую вывезли из Германии. Закончив экскурсию, Королёв начал расспрашивать физиков об их планах. Во время беседы определили вес первого блока научно-исследовательской аппаратуры – 500 кг.

Заручившись поддержкой руководства Академии наук, профессор Вернов получил у министра вооружений Дмитрия Устинова разрешение установить свои приборы на двух «А-4», привезенных из Германии. Осенью 1947 года физики приехали в Капустин Яр. Первый старт ракеты с научным блоком состоялся уже 2 ноября и прошел почти идеально: ракета отклонилась всего лишь на 5 км в сторону от расчетной траектории. Сигналы регистрирующей аппаратуры были приняты, раскодированы и проанализированы. Второй запуск 13 ноября оказался еще «чище» – отклонение не превысило 80 м, а ученые получили массу данных для обработки и осмысления.

Круг интересов физиков расширялся, и, узнав о проекте «Р-1А» с отделяющейся головной частью, они пришли в восторг: теперь можно было точно измерить газовый состав и температуру верхних слоев атмосферы, не опасаясь неизбежной «помехи», создаваемой продуктами горения «цельной» ракеты.

Для научных исследований военные выделили восемь трофейных ракет «А-4», которые инженеры НИИ-88 полностью перебрали, произведя необходимые замены. В частности, они установили хвостовые отсеки собственной конструкции, а также механизм для отделения головной части, который работал следующим образом: после «остановки» двигателя прибор управления выдавал команду на подрыв пиропатронов разрывного болта, соединяющего головную часть с корпусом ракеты; затем пружинный механизм плавно отталкивал головную часть. В итоге при том же диаметре корпуса ракета «Р-1А» стала на метр длиннее исходной «А-4».

Схема расположения измерительной аппаратуры в головной части ракеты «Р-1А»

Седьмого мая 1949 года состоялся первый старт «Аннушки». Отделившаяся головная часть упала в 210 км от места запуска. Возбужденный Королёв тут же потребовал самолет и полетел в район цели, с воздуха увидел две воронки, уговорил пилотов посадить «Ли-2» и самолично осмотрел места падения ракеты и отделяемой головки.

Более или менее успешно провели еще три баллистических старта с отделением головной части, а пятую ракету решено было пустить вертикально с аппаратурой физиков.

Научно-исследовательский блок «ФИАР-1» помещался в цилиндрический контейнер, который закладывался в мортиру, установленную на хвостовом отсеке рядом со стабилизаторами, и на заданной высоте выбрасывался с помощью сжатого воздуха.

Через 4 секунды начинался забор проб. Для облегчения поисков после приземления контейнер снабжался радиопередатчиком. На каждой из двух ракет, предназначенных для вертикальных пусков, устанавливались по две мортиры и по два прибора «ФИАР-1».

Двадцать четвертого мая 1949 года первые два блока «ФИАР-1» были подняты ракетой «Р-1А» на высоту 110 км. Механизм отделения головной части сработал как надо, контейнеры разлетелись в разные стороны от ракеты, покидая зону «паразитных газов». Некоторое время контейнеры летели без включения аппаратуры, наконец начали работать, но в этот момент вдруг раньше запланированного раскрылись парашюты. Режущий напор воздуха превратил их в пучок рваных лент, и контейнеры понеслись к земле.

Утешились физики через четыре дня, 28 мая, когда научные приборы целыми и невредимыми вернулись на землю с высоты 102 км.

Научные исследования на модифицированных ракетах «Р-1» проводились в течение семи лет – ракета оказалось очень удобной для изучения верхних слоев атмосферы. Правда, обозначались они уже не «Р», а «В» (от «вертикаль»). Так, на основе «Р-1А» были разработаны и летали «В-1А», «В-1Б», «В-1В», «В-1Д» и «В-1Е», на основе «Р-2» – «В-2А», на основе «Р-5» – «В-5А».

Что касается большой ракеты «Р-2», то после цикла испытаний она была еще доработана и принята на вооружение в 1952 году под индексом 8Ж38…

Отделяемая головная часть давала возможность не только определить состав верхних слоев атмосферы, но и начать медико-биологические эксперименты по изучению влияния факторов ракетного полета на живые организмы. Двадцать восьмого августа 1950 года Сергей Королёв утвердил техническое задание на разработку ракеты «В-1Б» и отделяемой герметичной кабины, в которой можно разместить подопытных животных.

Но что это будут за животные? Ответить на вопрос взялся Владимир Иванович Яздовский[69], до того руководивший лабораторией герметических кабин и скафандров в Государственном Научно-исследовательском испытательном институте авиационной медицины (ГНИИИ)[70]. Он сформировал группу из трех врачей и одного инженера, после чего приступил к работе.

Сергей Павлович Королёв с подопытной собакой (Капустин Яр, 1951 год)

Как и следовало ожидать, между членами группы возникли споры по выбору подопытных животных. Предлагали начать исследования с грызунов. Рассматривался вопрос об использовании обезьян – в США к тому времени на трофейных «А-4» уже летали макаки-резусы. Однако у последних часто случались нервные срывы, поэтому ученые вынуждены были погружать обезьян в наркоз, что значительно снижало ценность результатов. Кроме того, ни одной из обезьянок не повезло вернуться на Землю живой – ракеты и их головные части разрушались[71]. После долгих дискуссий было решено, что биологическим объектом для космических экспериментов станет собака, ведь она хорошо поддается тренировке и быстро привыкает к различным ограничениям. Не менее важно и то, что ее физиология изучалась в России на протяжении десятилетий, а работы профессора Павлова[72] широко растиражированы и знакомы будущим космическим медикам со студенческой скамьи.

Для полетов отбирались собаки весом не более 7 кг. Другое необходимое условие – отличное здоровье, выраженное в высокой сопротивляемости заболеваниям и устойчивости к различным неблагоприятным факторам внешней среды, что присуще прежде всего беспризорным беспородным собакам. Большое значение имел и возраст: старые животные и щенки хуже переносят неблагоприятные условия, а последние еще вертлявы, не в меру игривы, что может привести к срыву экспериментов. На основании опытов было установлено, что предпочтительнее взять собак в возрасте от двух до шести лет.

Цвет шерсти тоже имел значение. Желательно, чтобы шерсть была белой и гладкой – в ходе полета для наблюдения за животными использовались автоматические кинокамеры, а они в те времена плохо передавали полутона; длинная шерсть мешает фиксации датчиков, лохмы загрязняют кабину и станок, на котором фиксируется животное.

Отобранные собаки подвергались различным длительным испытаниям, и те животные, которые выдержали все экзамены на «хорошо» и «отлично», переводились в разряд кандидатов в космонавты.

Всего в виварии собрали 32 собаки. Здесь стояли квадратные клетки с деревянным полом – собаки быстро привыкали к ним и, возвращаясь с прогулки, прыгали в клетку столь же охотно, как и покидали ее. Кормили хвостатых космонавтов два раза в день. В пищу входили овощи, рыба, жир, мясо, молоко и другие продукты. Собак, которых готовили для полетов на ракете и находящихся на особом режиме, переводили на особое меню: колбаса, бульон, консервы, сладкое и витамины.

На протяжении недель собирались и анализировались данные о поведении каждого животного в виварии, на прогулке, во время еды, об их отношениях между собой, с окружающей обстановкой и людьми. Собранные сведения помогали правильно понимать реакции животных во время и после экспериментов. Более спокойных рекомендовалось использовать в длительных испытаниях.

Геофизическая ракета «Р-1Б» («В-1Б») на пусковой установке (© РКК «<Энергия»)

Первый полет ракеты с собаками состоялся 22 июля 1951 года. После совещания Яздовский с коллегами выбрали двух первых «космонавтов» – псов Дезика и Цыгана, демонстрировавших спокойствие и хорошую выносливость.

Следует отметить, что при запусках с животными использовались ракеты с двумя обозначениями: «В-1Б» и «В-1В». Они практически ничем не отличались друг от друга – только на «В-1В» вместо научно-исследовательской аппаратуры Физического института монтировалась парашютная система спасения корпуса ракеты. Дезику и Цыгану предстояло отправиться в космос на ракете «В-1В».

Запуск прошел успешно, ракета поднялась до высоты 101 км[73], а через пятнадцать минут отделяемая головная часть на парашюте совершила мягкую посадку неподалеку от места старта. Обе собаки спокойно перенесли полет – никаких сдвигов в их физиологическом состоянии специалисты не обнаружили. Только Цыган немного пострадал: при ударе во время приземления погнулся край лотка и слегка повредил ему кожу на брюхе. Поэтому во время второго запуска 29 июля, который должен был зафиксировать успех и ответить на вопрос, остаются ли в организме следовые реакции на стресс, вместо него с Дезиком отправили Лису.

Герметическая кабина с собаками

Второй полет собак закончился их гибелью – из-за сбоя барореле парашют не раскрылся, кабина от удара о землю разрушилась. Так Дезик из первого пса-космонавта превратился первого погибшего пса-космонавта. А его напарника было решено в полет больше не посылать, сохранив для «истории».

В новый экипаж назначили псов Мишку и Чижика. Их первый полет на ракете «В-1Б» состоялся 15 августа. Поскольку неисправность баро реле удалось быстро выявить и устранить, этот полет прошел успешно. В четвертый полет 19 августа на ракете «В-1В» отправились Смелый и Рыжик. У медиков накапливались многочисленные данные, на основе которых можно было составлять программу для тренировки и полета человека. Оставались два пуска из запланированных шести, а картина уже была ясна.

В пятый полет 28 августа на ракете «В-1Б» снова подготовили Мишку и Чижика. Повторное пребывание в герметической кабине не вызвало у них никаких отрицательных реакций. Из новинок для поддержания давления в кабине был установлен пружинный автоматический регулятор. Дело в том, что Сергей Королёв постоянно требовал усложнения экспериментов, введения в комплекс новых приборов. Механизм регулятора работал так: при повышении давления в кабине игла отжимается и открывает отверстие в стенке, избыток газовой смеси выходит в открытое космическое пространство, при нормализации давления игла перекрывает отверстие в стенке кабины. В лабораторных условиях регулятор работал идеально, но как он поведет себя в космосе?..

Старт и приземление прошли, как обычно, но, вскрыв люк, ученые обнаружили, что собаки мертвы. Анализ показал, что игла-регулятор давления не перекрыла отверстие в стенке кабины, произошла разгерметизация, и животные погибли от недостатка кислорода. Обратный ход иглы при вибрациях оказался недостаточно надежным. Информация эта, несмотря на гибель собак, оказалась очень ценной: конструкторы убедились, что на первом этапе придется отказаться от регулятора давления. При подготовке шестого полета вместо регулятора в стенке кабины просверлили отверстие, диаметр которого был точно рассчитан на стравливание газовой смеси при избыточном давлении.

Советские геофизические ракеты серии «В» («Вертикаль») на базе боевых баллистических ракет (рисунок А. Шлядинского)

Завершающий серию пуск ракеты «В-1Б» состоялся 3 сентября 1951 года. Космонавтами были назначены псы Непутевый и Рожок. Однако случился казус: перед выездом на полигон вдруг выяснилось, что Рожок исчез. Времени на поиски не было, и родилась мысль взять неподготовленную собаку. Около столовой всегда можно встретить бездомных дворняг – Яздовский приказал подыскать среди них собаку, подходящую по весу и масти. Ее нашли, вымыли, подстригли, обрядили в костюм. Успели даже кличку придумать: ЗИБ – «запасной исчезнувшего бобика». В суматохе не разобрались, что ЗИБ – еще щенок. Докладывая Сергею Королёву о готовности, Яздовский слукавил: не упомянул о замене Рожка ЗИБом. И новоиспеченный космонавт не подвел – легко перенес путешествие и вернулся живым. То, что перегрузки выдержал без вреда для здоровья неподготовленный щенок, еще раз подтвердило: космическое путешествие сумеет пережить любое здоровое существо.

Полеты собак на ракетах «В-1Б» и «В-1В» стали серьезным шагом на пути к пилотируемой космонавтике. За эту работу члены группы Владимира Яздовского и он сам были награждены Государственной премией.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.