1.8 Пилотируемые ракеты

1.8

Пилотируемые ракеты

Тяжелые баллистические ракеты «Р-1» и «Р-2», созданные на основе немецкой трофейной техники, в принципе не могли развить космическую скорость. Зато они успешно доставляли на космическую высоту отделяемый отсек весом до тонны. Следовательно, ничто не мешало разместить в таком отсеке пилота, который совершил бы суборбитальный полет.

Идея высотного (или суборбитального) «прыжка» возникла сразу после войны, когда советские конструкторы ознакомились с возможностями «А-4». Такой проект выдвинули Михаил Клавдиевич Тихонравов и Николай Гаврилович Чернышев[74] – соратники Сергея Королёва по ГИРД.

Наметки проекта, получившего обозначение «ВР-190», были оформлены уже в середине 1945 года. Предлагалось доработать трофейную ракету и снабдить ее герметичной кабиной на двух пилотов-испытателей, созданной с использованием опыта изготовления гондол довоенных стратостатов. Главной задачей было изучить комплексное влияние вибрации, перегрузки и последующей невесомости на организм человека.

В проекте «ВР-190» Тихонравов впервые предложил решения, которые позднее нашли применение в конструкции космических кораблей. При достижении вершины баллистической траектории кабина отделялась от ракеты при подрыве соединительных пироболтов, опускалась на парашюте и приземлялась с применением двигателей мягкой посадки, которые включались выдвигаемой электроконтактной штангой. В разреженной атмосфере, где никакие воздушные рули не годились, для стабилизации полета кабины применялись маленькие реактивные двигатели. Продумана была и система жизнеобеспечения. Интересно, что аэродинамические обводы кабины, выполненной в виде «фары», оказались близки к обводам современных спускаемых аппаратов.

Михаил Клавдиевич Тихонравов в гостях у Константина Эдуардовича Циолковского

В 1946 году по материалам проекта было составлено техническое предложение, с которым Михаил Тихонравов выступил на коллегии Министерства авиационной промышленности. У него уже имелся положительный отзыв Академии наук, однако министерство после обсуждения посчитало, что ракетные запуски – это не дело авиаторов.

Тогда авторы обратились к Иосифу Сталину непосредственно. Министру авиапрома пришлось подготовить докладную записку «О рассмотрении предложения Тихонравова и Чернышева о создании ракеты для полета человека на высоту 100–150 километров» (от 20 июня 1946 года).

«По Вашему поручению, – писал министр, – мною рассмотрено предложение группы инженеров, руководимой товарищами Тихонравовым и Чернышевым, о создании ракеты, предназначенной для полета с двумя человеками и аппаратурой на высоту 100–150 километров. Для рассмотрения этого предложения мною была создана экспертная комиссия под председательством заместителя начальника ЦАГИ академика Христиановича. Комиссия дала положительное заключение по идее, изложенной в предложении этой группы инженеров»[75].

Герметичная кабина суборбитальной пилотируемой ракеты «ВР-190» («Победа»)

Подытоживая, министр предлагал принять проект к реализации. На начальном этапе следовало изучить собранные материалы по немецкой ракете «А-4», а создание и испытание летных образцов провести непосредственно в Германии. Затем планировалось изготовить 10–15 корпусов ракет со всеми необходимыми изменениями, предложенными группой Тихонравова-Чернышева. При этом министр отмечал, что опыт работы с немецкими ракетами есть только у Тихонравова, а значит, в два года, запрошенные конструкторами на реализацию проекта, уложиться вряд ли получится.

Сталин положительно отозвался о проекте «ВР-190». Но работа всё равно не сдвинулась с мертвой точки, поскольку авторы суборбитального корабля и Министерство авиапромышленности долго не могли прийти к взаимопониманию.

Тогда Тихонравов и Чернышев обратились к начальнику Научно-исследовательского института № 4 Министерства обороны (НИИ-4 МО) Алексею Ивановичу Нестеренко[76] – тот отнесся к их затее с благосклонностью, и в том же 1946 году группа перебралась к нему «под крыло».

Сначала работы над проектом шли по основному целевому назначению – обеспечению вертикального ракетного полета пилотов в верхние слои атмосферы. Однако вскоре вокруг проекта, за которым было зарезервировано новое название «Победа», сложилась весьма неблагоприятная обстановка, потому что он не соответствовал общей тематике института. Дело доходило до жалоб в Центральный Комитет КПСС. По свидетельству одного из участников тех давних событий, сам Сергей Павлович Королёв высказывался в кулуарах против «ВР-190».

Учитывая осложнение ситуации, руководство института поменяло направленность проекта. Он получил название «Ракетный зонд» и с 1947 года был нацелен на изучение парашютных систем спасения отработавших ступеней и их головных частей в процессе проведения испытаний. После принятия этих поправок проект получил официальную положительную оценку НИИ-88, подписанную Королёвым.

Однако Тихонравов потерял интерес к проекту и устранился от этих работ. Тему довели до итогового отчета другие. «Ракетный зонд» прошел натурные испытания на реальной технике, в результате чего ряду сотрудников НИИ-4 была присуждена Сталинская премия.

Пилотируемая ракета «Победа» (рисунок А. Шлядинского)

Отказ Королёва поддержать «Победу» легко объясним. Главный конструктор терпеть не мог прожектерства в любом виде и понимал, что, пока баллистические ракеты не поставлены на «поточное» производство, планировать пилотируемый суборбитальный полет преждевременно. Кроме того, грузоподъемность «А-4» (и, соответственно, «ВР-190») не соответствовала амбициозной программе экспериментов. Время пилотируемых ракет пришло позже – когда Сергей Королёв с коллегами взялись за реализацию проекта, получившего обозначение «Р-5»[77].

Штаты НИИ-88 и подчиненного Королёву отдела № 3 очень быстро росли. К началу 1950 года в отделе трудилось уже 278 человек, а фронт работ резко расширился. Поэтому 26 апреля 1950 года приказом министра вооружения было создано Особое конструкторское бюро № 1 (ОКБ-1) по разработке ракет дальнего действия. Одной из первых задач, которую должно было решить новоиспеченное бюро, стало создание стратегической ракеты для доставки атомного заряда на расстояние свыше 1000 км.

Немецкая компоновка, реализованная в ракетах «А-4», «Р-1» и «Р-2», не подходила для ракеты, рассчитанной на такую дальность, и ее пришлось пересмотреть. Прежде всего следовало максимально облегчить саму ракету. Для начала конструкторы отказались от герметичного и тяжелого приборного отсека. Все приборы системы управления, за исключением чувствительных элементов (гироприборов и интеграторов), размещались в отсеке, который был прямым продолжением хвостового. Чувствительные же элементы во избежание влияния вибраций отодвинули подальше от двигателя, в межбаковое пространство, закрепив на специальных кронштейнах.

Затем была реализована старая идея, возникшая еще при проектировании «Р-2», – оба топливных бака (этиловый спирт и жидкий кислород) сделали несущими, что позволило дополнительно разгрузить ракету.

Опыт работы с трофеями показал, что бак с жидким кислородом можно избавить от массивной теплоизоляции, которую ставили немцы. Испарения оказались не столь значительны, как думали раньше, и вполне могли быть компенсированы за счет подпитки на старте. С тех пор такая конструкция бака с жидким кислородом стала типовой, и можно увидеть, как на готовой к старту ракете в месте его расположения оболочка белеет от инея[78].

Был закрыт и еще один важный вопрос. Отделяемая боеголовка «Р-5» входила в атмосферу со скоростью 3 км/с – понятно, что при этом она сильно нагревалась. Для защиты ее от термического разрушения были созданы специальные «уносимые» теплозащитные покрытия – избыточная тепловая энергия поглощалась за счет испарения поверхностного слоя покрытия и отводилась потоком воздуха. Ныне этот принцип теплозащиты широко используется в ракетно-космической технике.

В 1953 году, перед началом полигонных запусков, в филиале № 2 НИИ-88, расположенном в комплексе новых зданий под городом Загорском[79], провели огневые стендовые испытания с целью определения реальных температур компонентов топлива в баках ракеты, проверки двигательных систем, отработки циклограммы запуска[80]. Впоследствии огневые испытания («прожиги») узлов и элементов новых ракет в полном сборе на стенде станут в бюро Королёва обязательными.

Первый этап запусков на полигоне Капустин Яр был проведен весной 1953 года. Всего было испытано в полете 8 ракет: на дальность 270, 550 и 1200 км.

Запуски на дальность 270 км прошли более чем успешно, а при испытаниях на 1200 км обнаружились недоработки: на 65-й секунде полета возникла неустойчивость в движении, после чего произошло разрушение «изделия» из-за потери управляемости. Последний пуск первого этапа состоялся 23 мая – условия испытаний для проверки устойчивости движения в этом случае были более жесткими, так как ракету снабдили четырьмя подвесными головными частями, которые увеличивали величину воздушного сопротивления. Несмотря на опасения, полет на дистанцию в 550 км прошел нормально.

Баллистическая ракета «Р-5» на старте (© РКК «Энергия»)

Хотя полигонные испытания были признаны в целом успешными, стало ясно, что необходимо гарантировать устойчивость ракеты при движении. В конструкцию и в управление был внесен ряд изменений. К примеру, серьезной доработке подвергли систему отделения головной части: для ее крепления использовались инерционные болты, из-за чего в полете наблюдались колебания боеголовки относительно корпуса, – в дальнейшем их заменили стяжными болтами с пневматическим разъемом.

Второй и третий этапы испытаний «Р-5» начались поздней осенью 1953 года, а завершились в феврале 1955 года. Ракета показала себя очень хорошо, но пришлось дорабатывать систему радиоуправления дальностью.

Система радиоуправления была впервые применена еще на немецких ракетах «А-4», чтобы снизить рассеивание при полете к цели[81]. Сотрудники НИИ-885 освоили ее во время испытаний на полигоне Капустин Яр и после модернизации использовали для боковой радиокоррекции траекторий «Р-1» и «Р-2». Для ракеты «Р-5» одной радиокоррекции оказалось недостаточно, требовалось управлять еще и дальностью – ведь точность попадания снижалась с повышением расстояния полета. Новая система должна была решать очень важную задачу – выдавать команду на выключение двигателя в тот момент полета, после которого боеголовка, летя по инерции, с гарантией попадет в цель. Исследования показали, что для этого достаточно знать два параметра: радиальную скорость ракеты и истинное расстояние до нее. Соответственно, требовалось четыре прибора: два приемо-передатчика на земле и два ответчика на борту ракеты.

Система была испытана во время запусков ракет «Р-2Р»[82]и «Р-5». При этом аппаратура радиоуправления находилась в 50 км от старта – в поселке Черный Яр. Оказалось, что факел двигателя оказывает сильное влияние на прохождение волн метрового диапазона, в котором работало оборудование радиоуправления. Чтобы добиться внятных результатов, потребовалась перенести наземные пункты в сторону – так, чтобы линия визирования и ось ракеты находились под углом друг к другу.

Проблему решили, но к тому времени ОКБ-1 переориентировалось на модификацию «Р-5» – ракету «Р-5М». Дело в том, что 12 августа 1953 года в Семипалатинске было проведено успешное испытание первого отечественного термоядерного заряда РДС-6с мощностью 400 килотонн в тротиловом эквиваленте[83]. Советским атомщикам удалось создать заряд сравнительно небольших размеров и массой примерно в 1 т. Теперь предстояло под этот заряд построить баллистическую ракету.

Постановление о разработке ракеты на основе «Р-5» для доставки термоядерного заряда на дальность 1200 км было выпущено 10 апреля 1954 года. Однако в бюро Королёва проект начали обдумывать еще в конце 1953 года. Требовалось разработать новую, более короткую, коническую головную часть, которая обеспечила бы требуемое для срабатывания автоматики подрыва снижение скорости встречи головной части с землей в два раза. Но это вело к уменьшению общей длины ракеты и изменению ее аэродинамических характеристик, что в свою очередь влекло за собой экспериментальные работы по определению нового облика «Р-5М». Наличие же ядерного заряда вызвало необходимость повышения надежности системы управления, чтобы ошибка или повреждение в одной цепи не приводили к общему отказу. Кроме того, требовалось упростить процесс подготовки ракеты к старту и сократить число обслуживающего персонала.

Коллектив ОКБ-1 блестяще справился с задачей модернизации «Р-5». При этом был выдержан очень жесткий срок заводской отработки ракеты «Р-5М» – в течение 1954 года.

Для повышения надежности ракеты «Р-5М» все цепи бортовой системы управления и радиокомплекса были дублированы: автомат стабилизации получил два независимых канала, рулевой агрегат имел не четыре, как у всех ранее разработанных ракет, а шесть рулевых машин. Были дублированы источники питания, а для управления дальностью полета применили трех-канальный интегратор. Дополнительно в состав бортового оборудования ввели новую систему аварийного подрыва – если из-за каких-либо отказов произойдет значительное отклонение ракеты от программной траектории, ее следует уничтожить в полете.

Два варианта стратегической баллистической ракеты «Р-5М»: с одним боезарядом и с тремя боезарядами (рисунок А. Шлядинского)

Конструкторам удалось полностью автоматизировать процесс запуска, но предстартовая подготовка все еще отнимала много времени. Первоначально для приведения ракеты в состояние боевой готовности требовалось 30 часов. Позже за счет улучшения организации работы это время сократилось до 5–6 часов.

У «Р-5М» оставался серьезный и неустранимый недостаток: жидкий кислород, используемый в качестве окислителя, не позволял хранить ракету в заправленном состоянии длительное время. Для пополнения постоянно выкипающего кислорода следовало строить мощные промышленные предприятия в районах базирования ракетных частей. Подпитывать ракету окислителем необходимо было и непосредственно перед пуском – для этого возводились громоздкие стартовые сооружения. И все же Советская армия получила оружие огромной разрушительной силы. За 10–12 минут ракета могла доставить боевой заряд, способный уничтожить население большого промышленного города, на расстояние свыше тысячи километров.

2 февраля 1956 года эту возможность подтвердил контрольный запуск «Р-5М», завершивший длительный цикл испытаний. Впервые в мире баллистическая ракета пронесла через космос атомную боеголовку. Преодолев положенные 1200 км, боеголовка дошла до земли в районе Аральских Каракумов. Сработал ударный взрыватель, и чудовищный взрыв открыл ракетно-ядерную эру в истории человечества. Мощность взрыва составила более 80 килотонн в тротиловом эквиваленте, что в четыре раза превысило мощность взрыва в Хиросиме.

Никаких официальных публикаций по поводу этого исторического события не последовало. Разведка «потенциального противника» США в то время не имела средств обнаружения ракетных пусков, поэтому факт взрыва был отмечен как очередное наземное испытание атомного оружия.

«Р-5М» приняли на вооружение под индексом 8К51. За ее создание главные конструкторы были удостоены звания Героя Социалистического Труда.

На середину 1950-х годов «Р-5М» являлась лучшей баллистической ракетой. Поэтому не приходится удивляться, что на ее основе в ОКБ-1 быстро возникли проекты геофизических ракет, нацеленных на дальнейшее изучение верхних слоев атмосферы, околоземного пространства и аспектов космического полета по суборбитальной траектории до высоты порядка 500 км. С «Р-5М» Сергей Павлович Королёв связывал свои новые планы по запуску космонавта – и уже не подопытной собаки, а человека.

Геофизическая ракета «Р-5А» на старте (© РКК «Энергия»)

Еще шли полным ходом испытания «Р-5М», а в июне 1955 года Сергей Королёв подготовил отчет о своей научной деятельности, в котором как бы мимоходом упомянул о реальности создания «ракетного корабля для полетов человека на большие высоты и для исследования межпланетного пространства».

В сентябре главный конструктор выступил на Юбилейной сессии, посвященной 125-летию МВТУ имени Баумана[84]. Его доклад назывался «К вопросу о применении ракет для исследования высоких слоев атмосферы и полетов в надатмосферном пространстве». В докладе Королёв подвел определенный итог работам по геофизическим ракетам, а главное – впервые в столь большой аудитории было заявлено о возможности полета «автоматически управляемой ракеты – летающей лаборатории с экспериментатором для производства наблюдений на высотах порядка 100 км». При этом рассматривался как вертикальный полет, так и полет по пологой траектории для перевозки пассажиров. В заключение своего выступления Сергей Павлович обратился с призывом, «чтобы советский человек первым совершил полет на ракете».

Несмотря на секретность, доклад Королёва вызвал резонанс. Молодые ученые из ГНИИИ авиационной медицины Абрам Генин, Александр Серяпин и Евгений Юганов даже написали заявление с просьбой доверить им полет в ракете.

Дальше – больше. Двадцатого апреля 1956 года состоялось совещание Междуведомственной комиссии для координации работ по исследованию верхних слоев атмосферы при президенте Академии наук СССР под председательством Анатолия Аркадьевича Благонравова[85] и Леонида Ивановича Седова[86], на котором выступили с докладами Владимир Яздовский («К проблеме полета человека в верхние слои атмосферы») и Михаил Тихонравов («О перспективах полета человека в верхние слои атмосферы»). Это были выступления теоретического плана, но уже тогда в докладе Яздовского прозвучала мысль о необходимости приземления пилота с помощью индивидуального парашюта, а не внутри спускаемого аппарата. В свою очередь Тихонравов считал наиболее перспективными суборбитальные полеты по пологой траектории, поскольку в этом случае перегрузки будут меньше, а время пребывания в невесомости больше. По итогам совещания комиссия рекомендовала начать подготовку к полету человека в специальных ракетах на высоту 100 км.

Пилотируемый вариант ракеты «Р-5А» (рисунок А. Шлядинского)

Так мог выглядеть запуск первого космического корабля с человеком на борту…

В том же апреле Королёв составил отдельную записку, озаглавленную «Ближайшие задачи по изучению космоса». В ней рассматривались варианты использования геофизической ракеты «Р-5А»[87] для обеспечения полета человека в баллистической капсуле и ракетоплане.

Есть сведения, что в это время в ГНИИИ авиационной медицины начался первый отбор в отряд космонавтов: Яздовский и другие медики просматривали личные дела летчиков-испытателей, пытаясь выработать критерии, по каким можно будет отбирать будущих покорителей межпланетного пространства. Делалось это в секрете даже от начальства, поскольку Главнокомандующий ВВС Главный маршал авиации Павел Федорович Жигарев довольно пренебрежительно отзывался о деятельности группы Яздовского и не поощрял запуски «ракетных» собак.

Однако ракете «Р-5» так и не суждено было стать пилотируемой – куда более перспективными оказались работы над ракетами, собранными по так называемой пакетной схеме.