5. НА ЗАРЕ СОВЕТСКОГО РАКЕТОСТРОЕНИЯ (часть 1)
5. НА ЗАРЕ СОВЕТСКОГО РАКЕТОСТРОЕНИЯ
(часть 1)
Всякая дорога, как говорит народная мудрость, начинается с первого шага. Таким шагом в истории советской ракетно-космической техники было создание в 1928 г. в Ленинграде газодинамической лаборатории (ГДЛ). Первоначально она находилась в ведении Военно-научно-исследовательского комитета Реввоенсовета СССР, а позднее — Управления военных изобретений Начальника вооружений РККА.
Создание ГДЛ имело богатую предысторию, чем вызвана путаница в ряде публикаций о ней. Прямой предшественницей ГДЛ являлась Лаборатория для реализации изобретений Н. И. Тихомирова, созданная в марте 1921 г. и размещавшаяся в Москве в доме № 3 по Тихвинской улице. В состав этой организации входили химическая и пиротехническая лаборатория и слесарно-механическая мастерская.
Н. И. Тихомиров (бюст работы скульптора В. Д. Галицкого)
Кто же был этот удачливый изобретатель, сразу получивший реальную поддержку Советского государства? Одаренный инженер-химик Николай Иванович Тихомиров (1870–1930) проявил интерес к ракетному делу еще в 1894 г. Произведя серию опытов с пороховыми и жидкостными ракетами, он счел возможным и нужным предложить Морскому министерству проект боевой ракеты, в качестве энергоносителя которой можно было использовать не только твердое топливо — порох, но и жидкое — смеси спиртов и нефтепродуктов. Экспертиза предложения длилась с 1912 по 1917 г., когда, по понятным причинам, это дело было прекращено.
Только в мае 1919 г. управляющий делами Совнаркома В. Д. Бонч-Бруевич получил от Тихомирова предложение реализовать его изобретение — "самодвижущуюся мину для воды и воздуха", — призванное служить "на укрепление и процветание республики". По сути дела это была пороховая ракета. (Схематический чертеж ее ныне экспонируется в Музее ГДЛ.) Тихомиров просил Бонч-Бруевича довести свое ходатайство до председателя Совнаркома В. И. Ленина. К обращению были приложены охранное свидетельство на изобретение за N 309, выданное автору в 1915 г., и положительное заключение, подписанное в 1916 г. Н. Е. Жуковским, который занимал тогда пост Председателя отдела изобретений Московского военно-промышленного комитета.
Тем не менее изобретение было подвергнуто ряду новых экспертиз и только в начале 1921 Г. признано имеющим важное государственное значение. После этого Главнокомандующий Вооруженными силами Республики С. С. Каменев форсировал через органы Реввоенсовета развертывание работ по реализации изобретения Н. И. Тихомирова.
К тому времени Тихомиров пришел к выводу, что применявшийся в ракетах черный дымный порох не может обеспечить ни значительной дальности, ни стабильности полета ракет. Поэтому он сосредоточил все усилия на создании принципиально нового пороха, свободного от недостатков черного. В результате упорных изысканий появился мощный, стабильно горящий бездымный пироксилиновый порох на нелетучем растворителе — тротиле.
И. П. Граве
В. А. Артемьев
Необходимо заметить, что у Тихомирова были предшественники. Так, над созданием бездымного пороха для морских артиллерийских орудий работал великий русский химик Дмитрий Иванович Менделеев (1834–1907). В то время, когда Тихомиров направил свою заявку в Морское министерство России, т. е. в 1912 г., этой проблемой занимался, и успешно, выдающийся специалист по внутренней баллистике Иван Платонович Граве (р. 1874). Выпускник Михайловской артиллерийской академии, Граве прочно связал свою жизнь с этим замечательным учреждением, в стенах которого им была разработана газодинамическая теория внутренней баллистики порохом для полузамкнутого пространства. К этой работе с полным основанием можно отнести слова академика В. Коптюга: "Ничего нет практичнее хорошей теории". Работая с различными порохами, в результате многочисленных опытов Граве создал бездымный порох на пироксилиновой основе и летучем растворителе и даже получил патент на его изобретение. В 1915 г. он предложил применять в ракетах шашки из своего пороха, а год спустя на Шлиссельбургском пороховом заводе они были изготовлены и успешно испытаны. Однако использование в порохе летучего растворителя вызвало нестабильность горения. Этот недостаток сумел устранить Тихомиров, использовав нелетучий растворитель — тротил. Шашки из пироксилино-тротилового пороха (ПТП) горели без дыма, с огромным газообразованием и вполне стабильно.
В своих поисках Тихомиров не был одинок. Ему повезло с помощниками с первых дней работы. Среди них особо следует отметить бывшего подпоручика гарнизона Брест-Литовской крепости Владимира Андреевича Артемьева (1868–1962). Он увлекся ракетным делом еще в годы военной службы, изготавливал и испытывал ракеты собственной конструкции. Другими соавторами ПТП являлись преподаватель Артакадемии С. А. Сериков (1886–1937) и сотрудник Российского института прикладной химии (ныне широкоизвестный ГИПХ) О. Г. Фи- латов (1874–1941).
О. Д. Сериков
И. И. Кулагин
Первые образцы прессованных шашек из ПТП были получены еще в 1924 г., но серийное их производство началось только в 1927–1928 гг. Оно велось первоначально в детонаторной мастерской завода "Красногвардеец", а потом в законсервированной лаборатории порохов и взрывчатых веществ Военно-морского флота, размещавшейся в Гребном порту морской гавани Ленинграда, на Васильевском острове. Ведал этим производством кумир всех женщин ГДЛ инженер-механик Иван Иванович Кулагин, ныне Заслуженный деятель науки и техники РСФСР, доктор технических наук, генерал-майор в отставке. (Он до сих пор сохраняет свое обаяние и энергию, является почетным председателем секции горнолыжного спорта.) Небезынтересно, что Кулагин работал на тех самых прессах, которыми пользовался Д. И. Менделеев в пору своего увлечения пороховым делом. Итак, с шашек, внешне напоминавших хоккейную шайбу, начинались первые твердотопливные ракеты ГДЛ.
Третьего марта 1928 г. с артиллерийского полигона на Ржевке (в окрестностях Ленинграда) поднялась в воздух одна из них. О ней писал В. А. Артемьев: "Это была первая ракета на бездымном порохе не только в СССР, но и, пожалуй, во всем мире… Созданием этой ракеты был заложен фундамент для конструктивного оформления снарядов к "катюше".
Что кроется за ласковым именем ныне общеизвестно: самоходный, первоначально шестнадцатизарядный миномет, боевая машина БМ-13, способная выпустить все свои 132-миллиметровые реактивные снаряды за пять-семь секунд. Точное происхождение ее названия до сих пор не раскрыто. Предполагается, что оно связано с индексом "К" на корпусе миномета (установки выпускались головным предприятием заводом имени Калинина). Но это только догадки.
Первый залп пяти "катюш" накрыл скопление немецких войск в районе железнодорожной станции Орша. Командиром дивизиона "катюш" был капитан Иван Андреевич Флеров. Огненный смерч восьмидесяти реактивных снарядов, называемых в просторечии "эрэсами" возник в 15 часов 15 минут 14 июля 1941 г. Из трофейных документов стало известно, что доносили немцы по этому поводу в ставку Гитлера: "Русские применили батарею с небывалым числом орудий. Снаряды фугасно-зажигательные, но необычайного действия. Войска, обстрелянные русскими, свидетельствуют: огневой налет подобен урагану. Снаряды взрываются одновременно. Потери в людях значительные".
А 23 августа 1941 г. в 21 час 30 минут прозвучал первый залп "катюш" на Ленинградском фронте, под Кингисеппом. Первая реактивная батарея под командованием П. И. Дегтярева прибыла в Ленинград в августе 1941 г. Эффективность действия "эрэсов" побудила верховное командование к созданию более крупных подразделений. Так, в октябре 1941 г. был сформирован первый на Ленинградском фронте полк реактивной артиллерии, использовавшей снаряды М-13, командование полком было возложено на выпускника 2-го Ленинградского артиллерийского училища И. А. Потифорова. К концу Великой Отечественной войны на ее фронтах наносили огневые удары по фашистам уже более десяти тысяч "катюш", выпустившие около 12 миллионов ракетных снарядов разных калибров.
Однако вернемся в 30-е годы. До сих пор речь шла о событиях, в которых автор не принимал личного участия и которым не был свидетелем. Переходя же к описанию работ ГДЛ в ее "звездные годы", автор не может удержаться от личных воспоминаний. Поэтому некоторый субъективизм естественен, как и замена слова "автор" личным местоимением. Итак, как же случилось, что я оказался в ту пору среди людей, одержимых ракетным делом, зачинателей его в Ленинграде?
В начале 1933 г. я был демобилизован из РККА, где пребывал на строевой службе, и вернулся в свой родной Ленинград, с которым была связана моя гражданская работа специалиста по технике высоких напряжений.
В городе царила безработица.
Возвращаться на старое место дежурного инженера в сети "Ленэнерго" не хотелось, это была нудная работа. Во время дежурства, бывало, молишь судьбу: "Ну, пошли мне хоть какую-нибудь аварию!" Ведь только тогда и начиналась настоящая инженерная работа.
Предложения, исходившие от Комиссии по устройству на работу начсостава запаса Ленгорисполкома, были неприемлемы по этическим соображениям: они влекли за собой увольнение людей с места, на которое давалось направление.
Но вот однажды пришло приглашение в высоковольтную лабораторию завода "Пролетарий" (ныне НПО "Электрокерамика"). Директор посулил поручить мне сооружение импульсного генератора напряжением два миллиона вольт. Такого не было даже у академика А. Ф. Иоффе, в его знаменитом "физтехе". Ясно, что я немедленно и с восторгом "клюнул" на это предложение. Однако оно оказалось блефом. Лаборатория была одним из придатков заводского отдела технического контроля, где проводились скучнейшие испытания "на пробой" производимой заводом продукции — высоковольтных изоляторов. А уйти с завода было невозможно, так как в ту пору самовольный уход с работы карался беспощадно, вплоть до тюремного заключения.
К неожиданной моей радости, как-то отдел кадров уведомил, что я уволен с завода. Объяснение содержалось в письме [1] на имя директора:
Прошу освободить сотрудника Вашего завода т. Соколова Владислава Сергеевича для роботы его в Газодинамической лаборатории Управления военных изобретений начальника вооружений РККА по особому заданию.
Начальник ГДЛ И. Клейменов
Начальник 2 отдела В. Глушко
Директор, естественно, наложил резолюцию: Освободить и дать перевод.
Вскоре я получил предписание явиться в заданные время и место для определения моей дальнейшей судьбы. Как человек, еще не снявший воинских доспехов, я обратился за разъяснениями в военкомат, где мне сообщили, что в случае неповиновения я буду снова мобилизован. Пришлось подчиниться. Так состоялась моя первая встреча с начальником 2-го отдела ГДЛ (впоследствии академиком и основоположником советского ракетного двигателестроения) Валентином Петровичем Глушко.
Передо мной предстал обаятельный молодой человек, как выяснилось, почти сверстник (ему шел 21-й год), чем-то внешне напоминавший гоголевского Левко. Он возглавлял в ГДЛ отдел электрических и жидкостных ракет.
В. П. Глушко
Глушко предложил мне "кота в мешке" — работу, о которой не мог ничего сказать до оформления. Я, естественно, отказался. Но Глушко был непреклонен. Выяснилось, что он знает обо мне гораздо больше, чем можно было предположить. В конце концов, он сказал: "Соглашайтесь! Я обещаю, что работа будет Вам по сердцу". От Глушко исходило такое доверительное обаяние, что я сдался. И, как выяснилось, не прогадал.
Путь, приведший Глушко в ГДЛ, был необычным. Он родился 2 сентября 1908 г. в Одессе на Ольгиевской улице в доме № 10, около которого теперь стоит его бронзовый бюст. Исключительная любознательность юного Глушко поощрялась его отцом. Школяр стал своим человеком в Одесской народной астрономической обсерватории. Наступило противостояние Марса. Глушко часами просиживал у телескопа, делая зарисовки. Результаты этой работы и других астрономических наблюдений юноши настолько заинтересовали местных астрономов, что он был принят в члены РОЛМ — РОССИЙСКОГО общества любителей мироведения. Такого молодого сотрудника это солидное научное учреждение еще не имело. Своему увлечению астрономией Глушко не изменял в течение всей жизни. Подобная целеустремленность — черта очень одаренных людей. Глушко поступил на физико-математический факультет Ленинградского Государственного университета, чему способствовало знакомство с двумя замечательными людьми. Первым из них был талантливый популяризатор астрономических проблем Василий Иосифович Прянишников, приехавший в Одессу читать лекции по межпланетным путешествиям. К нему юный Глушко обратился с просьбой помочь получить наилучшее образование в этой области, которой он уже тогда решил посвятить свою жизнь. (Позднее с такой же просьбой он обратился и к К. Э. Циолковскому.) Прянишников рассказал о встрече бывшему народовольцу Николаю Александровичу Морозову (1854–1946), ведавшему тогда в Ленинграде вопросами науки, и Глушко получил путевку в ЛГУ.
В. И. Прянишников
Третья глава дипломной работы Глушко называлась "Металл как взрывчатое вещество". Это обстоятельство имело особое значение для биографии Глушко и для ракетного двигателестроения.
Глушко развил идею американского астрофизика Андерсона о лабораторном моделировании звездных температур, изложенную последним в январском номере "Астрофизического журнала" (США) за 1920 г.
Экспериментальная установка Андерсона представляла собой высоковольтный импульсный контур, состоящий из источника питания переменного тока, выпрямителя, шарового дозатора энергии разряда конденсаторов для испытуемого материала. При падении на последний высоковольтной волны с крутым фронтом в несколько микросекунд токопроводящий испытуемый материал практически мгновенно испаряется, минуя жидкую фазу. Эти пары, температура которых достигала, по Андерсону, 313000 °C, распространяются в воздухе со скоростью около 3300 м/с, а при взрыве внутри насадки с открытыми торцами — 4500 м/с. На это обстоятельство и обратил внимание Глушко.
В. С. Соколов у пульта управления ЭРД. 1933 г.
Дело в том, что в первой четверти нашего столетия скорость распространения продуктов горения всех известных химических топлив не превышала 2500 м/с. А ведь именно скорость истечения и определяет скорость движения самой ракеты.
Глушко энергично приступает к опытам с разными токопроводящими материалами и соплами различной конфигурации. Первоначально эти опыты велись в лаборатории "Миллион вольт" академика А. А. Чернышева в Лесном, а позднее, с начала 1933 г., - на собственной экспериментальной установке, смонтированной в одном из мрачных казематов Петропавловской крепости на Неве. Постройку этой испытательной установки и проведение на ней экспериментов в целях выбора оптимальных токопроводящих материалов и энергетических дозировок, а также определения баллистических характеристик первого в мире электрического ракетного двигателя (ЭРД) электротермического типа Глушко и поручил мне, выполнив обещание дать увлекательную работу.
Доказав практическую возможность работы ЭРД с частотой взрывов подаваемых в его камеру металлических проводников до 25 Гц, Глушко нуждался теперь в его инженерной доработке. Новая испытательная установка была создана из разных комплектующих элементов, в основном — от рентгеновской аппаратуры, выпускаемой заводом "Буревестник". Используемые для выпрямления тока вакуумные кенотроны изготовлял завод (ныне НПО) "Светлана".
Пульт управления ЭРД (макет)
Установка позволяла получать энергетические дозы в виде электрических импульсов с крутым фронтом (порядка нескольких микросекунд) и амплитудой до 100000 В. Существо происходящего при этом процесса Глушко описал в своей дипломной работе следующим образом: "В рассматриваемом случае взрыв (испытуемого материала. — В. С.) происходит вследствие быстрого перехода вещества из твердого состояния в газообразное, то есть вследствие чисто физических причин, без изменения химической структуры участвующего во взрыве вещества".
Позднее Глушко детально исследовал проблему выбора вещества. Чем больше его атомный вес, тем выше температура взрыва. Железо, медь, никель дают температуру в 3,5 раза меньшую, чем свинец, ртуть, вольфрам. В ЭРД выгодно получать с единицы массы рабочего вещества возможно больший объем газообразных продуктов при той же температуре. Чем легче атомы, тем больший объем они и займут при меньшем нагреве, что удлиняет срок службы камеры сгорания. Каждый материал дает и свою скорость истечения продуктов его взрыва. Например, железо с температурой плавления 2450 °C имеет минимальную скорость истечения 4580 м/с.
Восемнадцатого апреля 1929 г. Глушко направляет свою работу по ЭРД как авторскую заявку в Комитет по делам изобретений. Экспертизу проводили такие крупные ученые, как профессор М. В. Шулейкин (1884–1939) и Н. И. Тихомиров. Заявка была одобрена, и Тихомиров написал в своем заключении "о повелительной необходимости безотлагательно приступить к опытным работам". В результате этой экспертизы Глушко и был направлен (по сути дела непосредственно со студенческой скамьи) в ГДЛ, где был назначен начальником отдела электрических и жидкостных ракет. Он намеревался использовать ЭРД в качестве двигателей предложенного им космического аппарата — "гелиоракетоплана", где питающие солнечные батареи размещались в плоскости круга с центром — батареей ЭРД.
Первый в мире ЭРД и "гелиоракетоплан" конструкции В. П. Глушко (макеты)
Следует подчеркнуть, что этим изобретением Глушко более чем на три десятилетия опередил ученых Запада. Впоследствии в качестве рабочего вещества в ЭРД использовались потоки плазмы или ионов, ускоряемых электромагнитным или электрическим полями. В нашей стране такие ЭРД были установлены на автоматической межпланетной станции "Зонд-2" (шесть плазменных двигателей) и на космическом корабле "Восход-1" (ионные двигатели), стартовавших в 1964 г. Работали ЭРД в составе навигационных систем этих космических аппаратов для коррекции траектории их полета. В 1966 г. ЭРД устанавливались на советской автоматической ионосферной лаборатории "Янтарь-1". Одной из задач полета являлось исследование взаимодействия реактивной струи ЭРД с плазмой ионосферы.
В США Национальным управлением по исследованию космического пространства (НАСА) в 1970 г. был впервые испытан экспериментальный ртутный ионный ЭРД 5ЕНТ, продемонстрировавший огромную работоспособность, что позволило НАСА рассматривать этот двигатель как перспективный для обеспечения дальних космических полетов. В ФРГ был разработан ЭРД НЬТ-10 массой без оснастки 1300 г, а с оснасткой — 18,2 кг. Потребляя мощность 3600 Вт при тяге 1 мГ, он обладал большим удельным импульсом (отношением тяги, развиваемой двигателем, к секундному расходу топлива) — 3100 с, что значительно превышало по этой важнейшей характеристике экономичности возможности ракетных двигателей других типов. Интерес к разработке ЭРД за рубежом усиливает значение отечественного приоритета в этой области. Если в настоящее время ЭРД находят применение только в навигационных системах космических аппаратов, то в обозримом будущем они смогут выполнять и функции маршевых двигателей, причем это почти единственно пригодные двигатели для сверхдальних полетов, например за пределы нашей Галактики.
Малая тяга ЭРД исключает возможность использования их в пределах зоны сильного гравитационного притяжения, т. е. на поверхности Земли, поэтому Глушко хотя и предсказал им большое будущее при работе в космическом пространстве, прекратил на время доработку ЭРД и сосредоточил внимание на создании мощных ракетных двигателей на жидкостном топливе (ЖРД), позволяющих преодолеть зону гравитации и проникнуть в космос, где ЭРД станут эффективными.