История ракетно-ядерной гонки США и СССР - Евгений Вадимович Буянов

легких и прочных сплавов, а сейчас – из композитных материалов. Топливные баки поддувают инертным газом (обычно азотом), ставят в них специальные крышки и успокоители колебаний жидкости, чтобы эти колебания не влияли на устойчивость ракеты в полёте. Вначале для наддува на ракеты ставили баллоны с азотом или другим инертным газом, от которых бортовая автоматика поддувала топливные баки. Но такая схема усложняла и утяжеляла конструкцию ракеты. Тогда для самовоспламеняющихся компонентов топлива научились пользоваться химическим наддувом баков: в баки окислителя впрыскивали небольшими порциями горючее, а в баки горючее – окислитель. Небольшой внутренний «пожар» внутри компонентов топлива вызывал выделение газов, которые и обеспечивали наддув баков.

Вся «сухая» конструкция современных ракет вместе с полезной нагрузкой предельно уменьшена примерно до 8–10 % от стартовой массы ракеты для создания мощного импульса скорости полезной нагрузки, а «полезная нагрузка» ракеты составляет ещё меньше – от 1 до 3–5 % от исходной массы ракеты. Чем больше скорость ракеты – тем больше дальность и высота полёта. А вся остальная исходная масса – это масса топлива ракеты, т. е. масса её горючего и окислителя – обычно с некоторым преобладанием массы окислителя. Крупные ракеты делают многоступенчатыми – это позволяет существенно уменьшить размеры и массу ракеты из-за сброса тяжёлых первых ступеней, которые бы отягощали ракету на последующих участках полёта и не позволяли бы её разогнать до большой скорости. Двигатели и баки каждой следующей ступени значительно меньше по массе, чем у предыдущих ступеней. В некоторых ракетах (Р-7, «Атлас») двигатель второй ступени является и двигателем первой ступени – это позволяет снизить массу двигательных установок и упростить конструкцию ракеты, но немного увеличивает массу баков второй ступени. Это также позволяет запускать двигатели обеих ступеней одновременно на Земле (в начале развития ракетной техники возникла проблема запуска двигателя второй ступени в полёте, – эту проблему решили не сразу).

На первом этапе развития отечественных баллистических ракет было решено повторить немецкую ракету ФАУ-2 (ракету А-4) для овладения ракетными технологиями. Эту задачу решили к 1950 году, когда близкий аналог ФАУ-2 – ракета Р-1 поступила на вооружение. Её создал коллектив СКБ-1 при НИИ-88 во главе с Королёвым С. П. Для использования немецких ракетных технологий сразу после войны в городе Нордхаузен создали институт РАБЕ. Институт занимался сбором информации, научно-технической документации и образцов ракетного оружия и ракетных технологий на территории советской оккупационной зоны, а также привлечением немецких специалистов для работ по ракетной тематике. Подробно о работе РАБЕ, после – института «Нордхаузен» описано в книгах Б. Е. Чертока серии «Ракеты и люди» (см. [3]). В 1946 году в Германии родился «Совет главных» конструкторов (исходно: С. П. Королёв, В. П. Бармин, В. П. Грущко, В. И. Кузнецов, И. А. Пилюгин, М. С. Рязанский) для развития важнейших направлений для производства ракет (двигатели, системы управления, стартовая позиция и наземный комплекс, общая конструкция в комплексе, баллистические расчёты и т. п.). Официального постановления о создании «Совета главных» не существовало, но после испытаний ракеты Р-1 в 1948 году он превратился в полноправный руководящий орган, позволявший координировать все важнейшие работы.

Немецкие специалисты при создании ракеты ФАУ-2 столкнулись с очень серьёзными техническими трудностями в части «доводки» конструкции до работоспособного состояния. Авария следовала за аварией, но даже взлететь нормально ракета не могла. Положение стало меняться только тогда, когда по совету математиков конструкторы приложили усилия по повышению надёжности всех систем и узлов ракеты, а не только тех, на которых наблюдали отказы при испытаниях. Ракета оказалась очень сложной «машиной» из многих десятков тысяч деталей, – существенно сложнее всех технических систем, которые производились ранее. Практически всё в ней было новым – и беспилотная система управления-стабилизации автопилотом по радиокомандам, двигатель (ЖРД), электросистема, гидросистема и вся силовая и аэродинамическая конструкция планера. Аварии ракет с крупными пожарами вызывали не только тяжёлые повреждения стартовых позиций, но и очень трудные процедуры выявления причин катастроф из-за того, что на старте ракету уничтожал пожар, а при падениях на землю вся конструкция разрушалась. При этом частично утрачивались обломки, и нередко было трудно определить, отчего возникли повреждения узлов – от их отказа, или от падения ракеты и взрыва. И диагностика отказов, и их профилактика потребовали развития новых методов исследования и отработки надёжности ракет и их систем и агрегатов.

У немецких ракет остались некоторые скрытые дефекты и недоработки, которые пришлось устранять и на отечественных аналогах. От одной до двух ракет и ФАУ-2 и Р-1 из десяти взрывались в воздухе по неизвестной причине. Оказалось, что из-за трения о воздух происходил нагрев обтекателя, а от него и взрывчатого вещества, вследствие чего выделялись газы, вызывавшие прорыв оболочки ракеты. Из-за этого микровзрыва срабатывал взрыватель ракеты, как от удара ракеты о землю. Часть ракет разрушалась в воздухе из-за сильных аэродинамических нагрузок на нисходящем участке траектории при скорости ракеты около 1,5 км/с.

Советская ракета Р-1 во многом являлась не просто повторение ФАУ-2, а другой ракетой. Она имела свою систему управления. Вместо перекиси водорода в качестве окислителя использовали жидкий кислород. Создатели отечественной ракеты вначале столкнулись с большими техническими и технологическими трудностями производства. Достаточно сравнить номенклатуру материалов, которыми располагали наши инженеры по сравнению с немецкими к 1947 году: в СССР производилось 32 марки сталей, а в Германии – 86. Цветных металлов и сталей в СССР была 21 марка, а в Германии – 59. Разных неметаллических материалов (резин, прокладок, пластмасс, уплотнений) в ФАУ-2 применялось 87, а в СССР производилось 48. Поэтому для производства ракет потребовался существенный подъём всех отраслей производства и культуры машиностроения, приборостроения, электроники, химии, металлургии. Уже в 60-е годы конструкторы советских ракет имели в арсенале такой «набор» разных новых материалов, который и «не снился» немецким ракетчикам.

Вслед за ракетой Р-1 КБ С. П. Королёва создало ракету Р-2, дальность которой 600 км в 2 раза превышала дальность ракеты Р-1 (270 км) с увеличением стартовой массы и полезной нагрузки в полтора раза. Дальность удалось повысить за счёт резервов, заложенных в мощность двигателя и за счёт существенных улучшений и облегчений конструкции ракеты. Баки ракеты сделали несущими, существенно облегчили систему управления. На базе Р-2 начали создавать и ракеты для научных исследований верхних слоёв атмосферы, космических лучей, радиосвязи. Для этого С. П. Королёв и его «совет главных конструкторов» прозорливо и настойчиво привлекли учёных Академии наук СССР и многих её институтов и наладили с ними тесную кооперацию разработок. От создания ракеты Р-3 с дальностью 3000 км пришлось отказаться, – сразу повысить дальность в 5 раз оказалось невозможно. Следующая ракета КБ С. П. Королёва Р-5 имела дальность 1200 км, – она в модернизированном варианте Р-5М стала первой в мире ракетой – носителем ядерного оружия, – боеголовок от 80 до 300 кт