«Р-7» на земле и в полете

«Р-7» на земле и в полете

Стремление Сергея Королева и подчиненного ему коллектива уйти от немецких разработок понятно. С одной стороны, ракета «Фау-2» имела ряд очевидных недостатков, которые невозможно было исправить никакими модернизациями. С другой стороны, Королев был честолюбивым человеком и хотел проектировать и запускать собственные ракеты, опираясь на свой опыт и опыт своих соратников. Не сразу, но ему представилась такая возможность.

13 февраля 1953 года было принято постановление правительства об исследованиях по созданию двухступенчатой баллистической ракеты. В 1954 году НИИ-88 приступил к работам по теме «Т-1»: «Теоретическое и экспериментальное исследование по созданию двухступенчатой баллистической ракеты с дальностью полета 7000–8000 км». Параллельно велась тема «Т-2»: «Теоретические и экспериментальные исследования по созданию двухступенчатой крылатой ракеты с большой дальностью полета».

Обе темы прорабатывались очень тщательно. Крах проекта «Р-3» вследствие необоснованного выбора общих параметров ракеты сделал всех осмотрительными. Королев понял, что второго подобного провала ему уже не простят, и двигался к цели с предельной осторожностью. Впрочем, с принятием на вооружение «Р-2» его положение в качестве главного конструктора сильно укрепилось. По инстанциям прошло представление его на Сталинскую премию. Хотя указанные премии в том году не присуждались (из-за смерти Сталина), главных конструкторов не оставили без наград, выделив им дополнительные вакансии членов-корреспондентов Академии наук.

20 мая 1954 года ОКБ-1 Сергея Королева приступило к проектированию баллистической ракеты большой дальности «Р-7». Задание на разработку крылатых ракет большой дальности было выдано на конкурсной основе ОКБ-301 Семена Лавочкина (проект «Буря») и ОКБ-23 Владимира Мясищева (проект «Буран»).

Для разработки боевого ракетного комплекса «Р-7» был сформирован Совет главных конструкторов, председателем которого назначили Сергея Королева. Кроме него в совет вошли главные конструкторы основных систем. Проектированием ЖРД занимался главный конструктор ОКБ-456 Валентин Глушко. Стартовый комплекс создавал главный конструктор ГСКБ «Спецмаш» Владимир Бармин. Командные приборы (гироскопы) разрабатывал главный конструктор НИИ-944 Виктор Кузнецов. Системой радиокоррекции траектории полета занимался главный конструктор НИИ-885 Михаил Рязанский. Автономной инерциальной системой управления — Николай Пилюгин, работавший главным конструктором того же института в другие годы (позже Пилюгин возглавил НИИ автоматики и приборостроения).

Валентин Глушко уже имел опыт разработки большого кислородно-керосинового двигателя «РД-110». Для двигателей «Р-7» были выбраны те же компоненты, а не применявшийся на первых баллистических ракетах спирт. В январе 1954 года на Совете главных конструкторов было принято решение об использовании унифицированного ЖРД для всех блоков ракеты «Р-7».

Выбор топлива определился, во-первых, тем, что из известных и обеспеченных производственной базой окислителей, по которым был накоплен достаточный опыт эксплуатации, наибольший удельный импульс мог обеспечить только жидкий кислород. Во-вторых, горючее должно быть более калорийным, чем спирт, при этом также хорошо освоенным. Таким был керосин. По термодинамическим характеристикам он позволял обеспечить достаточный уровень экономичности, но его использование в качестве горючего для ЖРД вызывало необходимость преодолеть серьезные трудности: температура продуктов его сгорания в кислороде почти на 1000К выше, чем у водных растворов спирта, в то время как охлаждающие свойства намного хуже. А именно горючим приходится охлаждать стенки камеры, если в качестве второго компонента — окислителя — используется кислород. Задача охлаждения осложнялась еще тем, что для обеспечения оптимальных характеристик двигателя необходимо было поднять давление газов в камере по крайней мере в два раза по сравнению с достигнутым на спиртовых двигателях.

Расчеты показали, что даже при использовании эффективного кислородно-керосинового топлива и при высоком коэффициенте удельного импульса тяги ракета должна быть по крайней мере двухступенчатой. Возникла проблема запуска двигателей второй ступени.

Глушко не мог запускать жидкостный двигатель второй ступени после сброса первой, а Королев боялся включать его до ее сброса. Компоновщики и конструкторы не знали, как можно защитить баки первой ступени от действия горячей струи двигателя второй ступени. При решении этой проблемы родилась идея пятиблочной ракеты с продольным отделением боковых блоков (первой ступени) от второго блока (второй ступени).

Компоновался пакет в виде четырех независимых одинаковых ракет (блоков) первой ступени, оснащенных двигателями тягой в 80 тонн, симметрично располагаемых вокруг второй ступени. Чтобы баки последней оставались заполненными в момент сброса первой ступени, конструкторы ввели систему перекачки в процессе полета топлива в эти баки из всех боковых блоков. При этом компоновка и второй ступени, и блоков была подобна компоновке ракеты «Р-5», что значительно упрощало работу конструкторам и технологам. Новизну для них представляли лишь узлы связей блоков и магистралей перекачки топлива. Больше всего проблем указанная схема создавала самим проектантам в области строительной механики системы блоков, аэродинамики и по обеспечению устойчивости полета, а также в части регулирования функционирования двигательных установок. Принципиально новой выглядела и задача безударного разделения ступеней; намного возрастал объем работ по наземной подготовке ракеты к пуску.

Для управления полетом ракеты решено было использовать рулевые двигатели относительно малой тяги с поворотными камерами. На старте рулевые двигатели включались одновременно с маршевыми.

При рассмотрении вопроса о том, какое КБ возьмет на себя разработку этих камер, была учтена просьба Валентина Глушко, чтобы его бюро не отвлекалось на создание камер малой тяги параллельно с работами по основным двигателям, а также то обстоятельство, что в ОКБ Королева имелось подразделение во главе с Михаилом Мельниковым, которое уже создало работающий прототип требуемой рулевой камеры и соответствующий испытательный стенд. На каждом из боковых блоков первой ступени было установлено по два однокамерных рулевых двигателя, на центральном блоке (второй ступени) — 4 рулевых двигателя.

Позже, в космических ракетах-носителях, созданных на основе «Р-7», использовались рулевые двигатели, спроектированные уже в ОКБ-456 под руководством Глушко.

В конечном виде на ракете «Р-7» устанавливалось четыре шестикамерных маршево-рулевых ЖРД «РД-107» первой ступени тягой у земли 78 тонн, а также восьмикамерный маршево-рулевой «РД-108» второй ступени тягой у земли 71 тонн. Первое стендовое испытание двигателей в составе пакета ракеты «Р-7» состоялась в Загорске 20 февраля 1957 года

Ключевым являлся вопрос сборки «Р-7» на стартовой позиции. Королев и главный конструктор наземного комплекса Бармин остановились на наиболее простом варианте его решения: перевозить и ставить на пусковой стол все блоки поодиночке, а затем соединять их со второй ступенью в двух точках касания — внизу (на уровне крепления двигателей) и вверху.

Отношение к выбранной компоновке главного конструктора системы управления Пилюгина было отрицательным. Сравнительно большое расстояние между боковыми блоками создавало значительные опрокидывающие моменты при несинхронном изменении их тяги, действие которых с трудом поддавалось компенсации. Обнаружилось, что при совмещении такого момента с порывом ветра система управления вообще не могла обеспечить устойчивость движения ракеты в процессе старта. Как-то регулировать указанную несинхронность не мог и Глушко. Предложение удерживать ракету за хвост второй ступени до полного набора тяги всеми двигателями не проходило. Обеспечить синхронное открытие соответствующих замков конструкторы не могли. Тогда Пилюгин потребовал оградить ее от действия ветра. Поскольку проектанты Королева ничего путного по этому поводу не придумали, пришлось просить Бармина оградить пусковое устройство с ракетой высокой стеной. Владимир Павлович в резкой форме отказался даже обсуждать такое «китайское» решение вопроса: стартовая позиция «Р-7» и без стены выглядела громоздкой.

В конце 1955 года (по другим данным, в конце 1954 года) заместитель Председателя Совета Министров СССР Вячеслав Малышев предложил Королеву оснастить «семерку» термоядерным боезарядом, испытания которого были успешно проведены на Семипалатинском полигоне. Одним из условий, выдвинутых атомщиками, было увеличение грузоподъемности «Р-7» с 3 до 5 тонн.

Королев ухватился за такую корректировку проектного задания как за спасательный круг. Он полагал, что она будет лучше соответствовать пакетной схеме ракеты, сохранит ей жизнь.

Конструкторам ОКБ Королева пришлось переделывать ракету, значительно увеличив ее стартовую массу. Требования к прочности корпуса тяжелой ракеты возросли, и стало ясно, что собирать ее на стартовой позиции в вертикальном положении будет невозможно — слишком велики нагрузки и слишком мал запас прочности. Единственный выход — горизонтальная сборка в монтажном корпусе неподалеку от стартовой позиции с последующей транспортировкой собранной ракеты по рельсам на пусковой стол. Впервые ракета не устанавливалась на стартовое сооружение, а подвешивалась за силовые пояса,

В 1954 году была создана специальная комиссия под руководством Василия Вознюка, начальника полигона Капустин Яр, для выбора места нового полигона испытаний межконтинентальных ракет. За год работы комиссия пересмотрела различные варианты. Для окончательного решения были предложены участки на территории Марийской АССР, Дагестанской АССР, Астраханской области и Кзыл-Ординской области Казахстана, неподалеку от железнодорожной станции Тюратам. Последнее предложение, как наиболее приемлемое, было утверждено Советом Министров СССР.

Постановление правительства о начале строительства полигона вышло в феврале 1955 года 2 июня 1955 года объекту присвоили официальное название 5-й Научно-исследовательский и испытательный полигон Министерства обороны (НИИП-5). Неофициально употреблялось название Тюратам. Позже, после первых космических запусков, закрепилось название космодром Байконур.

Начальником строительства полигона был назначен Георгий Шубников. В июле 1955 года развернулось строительство первых объектов. На площадке было сосредоточено уже более десяти тысяч человек. Строительно-монтажные работы на Байконуре шли многие годы. Напряжение и темпы были весьма велики. Даже крепкий организм начальника строительства не выдержал такой нагрузки. В 1965 году он тяжело заболел, ослеп и скоропостижно скончался.

Под поля падения отработавших ступеней были отведены участки в Акмолинской области. Местами падения головных частей стали участки полуострова Камчатка.

При проектировании первой межконтинентальной баллистической ракеты рассматривались различные варианты боевых стартовых комплексов. Предлагалась, например, вырубка специальной ниши в скале, из которой ракета выдвигалась бы вместе со всеми стартовыми сооружениями после объявления боевой тревоги. Разрабатывался проект сверхглубокой шахты и так далее. Окончательно же был принят вариант наземного стартового комплекса, защищенного по окружности земляным валом.

Помимо комиссии, занимавшейся выбором участка строительства будущего испытательного полигона, была сформирована еще одна комиссия, в задачу которой входило определение места дислокации боевых стартовых позиций. По результатам работы комиссии местом дислокации определена территория, расположенная неподалеку от железнодорожной станции Плесецк Архангельской области. Строительство боевой стартовой станции «Ангара» (всего предполагалось возвести четыре открытых стартовых комплекса) было начато 11 января 1957 года.

Перед началом летно-конструкторских испытаний «Р-7» были проведены стрельбы экспериментальных ракет «Р-5МРД» (модифицированная «Р-5М» с регулируемым двигателем) увеличенной дальности полета. Эти стрельбы на полигоне Капустин Яр позволили отработать некоторые наиболее сложные элементы будущей МБР.

Первым начальником полигона Байконур был назначен генерал-лейтенант Алексей Нестеренко. Для проведения пусков ракет сформировали 39-ю отдельную инженерно-испытательную часть (ОИИЧ). Председателем Государственной комиссии по проведению испытаний стал Василий Рябиков. В марте 1957 года на полигоне завершили монтаж оборудования стартового комплекса. Центром полигона определили город Ленинск (в декабре 1995 года Ленинск был переименован в город Байконур).

3 марта 1957 года на Байконур с Опытного завода в Подлипках прибыла первая разобранная на блоки ракета под заводским номером «М1-5». Вскоре был подписан акт Государственной комиссии о готовности первой очереди полигона.

15 мая 1957 года состоялся первый испытательный пуск «Р-7». Во время полета на активном участке траектории, продолжавшегося 103 секунды, нарушилась герметичность магистрали горючего. Была дана команда аварийного выключения двигателей. Ракета разрушилась.

Второй пуск, намеченный на 9 июня 1957 года, не состоялся из-за выявленного в процессе подготовки к старту заводского дефекта. Следующий пуск проведен 12 июля 1957 года. Он также был неудачным — ракета разрушилась на активном участке траектории.

Только 21 августа 1957 года состоялся первый успешный пуск ракеты «Р-7». Преодолев расстояние в 5600 километров, весовой макет боеголовки достиг цели на Камчатском полигоне Кура.

После первого успешного испытательного пуска «семерки» 27 августа 1957 года было распространено сообщение ТАСС следующего содержания:

«На днях осуществлен запуск сверхдальней, межконтинентальной, многоступенчатой баллистической ракеты. Испытания ракеты прошли успешно. Они полностью подтвердили правильность расчетов и выбранной конструкции. Полет ракеты происходил на очень большой, еще до сих пор не достигнутой высоте. Пройдя в короткое время огромное расстояние, ракета попала в заданный район».

Несмотря на эти победные реляции, боеготовность первой отечественной МБР была невысокой. Вот что пишет об этом в своих мемуарах Борис Черток:

«Мы создавали Р-7 как оружие. Одним из важнейших показателей для ракеты, даже межконтинентальной, является время готовности, то есть длительность цикла подготовки от момента доставки на стартовую позицию до пуска. Для обеспечения первого пуска мы затратили на стартовой позиции почти 10 суток. Все отлично понимали, что дальше мириться с таким длительным циклом нельзя. Поэтому, кроме всех прочих задач, решили отрабатывать предстартовые испытания, строго нормируя время всех операций. Ракету номер шесть доставили на старт 5 июня, через 20 суток после первого пуска. Тогда такой интервал нам казался приемлемым с учетом большого числа доработок и дополнительных пневмоиспытаний. <…> Подготовка и испытания на старте шли значительно быстрее, и уже через пять суток ракета была заправлена и готова к пуску».

Заправка ракеты компонентами топлива происходила непосредственно перед пуском. При норме 170 тонн требовалось подвезти к ракете 400 тонн жидкого кислорода. Общее время подготовки к старту первоначально достигало двенадцати часов. При этом боеготовность ракетного комплекса сохранялась не более восьми часов.

Работники одного из КБ рассказали о том, что для исключения примерзания агрегатов двигателя в морозную погоду сотрудник обслуживающего персонала перед пуском ракеты должен был стоять возле нее и крутить ручку, похожую на рукоятку, которой в те времена заводили автомобили. Перед самым пуском ракеты сотрудник, получив соответствующую команду, вытягивал ручку из отверстия и убегал в укрытие…

Запуск 27 августа 1957 года выявил еще одну серьезную проблему «семерки»: головная часть с макетом термоядерного заряда не долетала до земли, сгорая при входе в плотные слои атмосферы. Справиться с этой проблемой в короткие сроки не представлялось возможным, и тогда Совет главных конструкторов решил на время отвлечь внимание руководства страны «пусками спутников». Эффект, достигнутый этим «отвлекающим маневром», превзошел все ожидания…